[論文レビュー] Higgs self-coupling in the MSSM and NMSSM after the LHC Run 1

Lei Wu, Jin Min Yang+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、LHCラン1のデータ制約を用いて、MSSMおよびNMSSMにおける三重ヒッグス自己結合を調査する。MSSMでは、自己結合が標準模型（SM）値の3%以内にきびしく制約されるのに対し、λ < 0.7のNMSSMでは、シングレット-ダブルレット混合のため、大きな抑制（最低10%まで）が生じる。一方、λ > 0.7の場合は、最大±110%のずれが可能であり、将来的なコライダーによる検証が不可欠である。

ABSTRACT

Measuring the Higgs self-coupling is one of the crucial physics goals at the LHC Run-2 and other future colliders. In this work, we attempt to figure out the size of SUSY effects on the trilinear self-coupling of the 125 GeV Higgs boson in the MSSM and NMSSM after the LHC Run-1. Taking account of current experimental constraints, such as the Higgs data, flavor constraints, electroweak precision observables and dark matter detections, we obtain the observations: (1) In the MSSM, the ratio of $λ^{MSSM}_{3h}/λ^{SM}_{3h}$ has been tightly constrained by the LHC data, which can be only slightly smaller than 1 and minimally reach 97\%; (2) In the NMSSM with $λ&lt;0.7$, a sizable reduction of $λ^{NMSSM}_{3h_2}/λ^{SM}_{3h_2}$ can occur and minimally reach 10\% when the lightest CP-even Higgs boson mass $m_{h_1}$ is close to the SM-like Higgs boson $m_{h_2}$ due to the large mixing angle between the singlet and doublet Higgs bosons; (3) In the NMSSM with $λ&gt;0.7$, a large enhancement or reduction $-1.1

研究の動機と目的

• LHCラン1の実験的制約がMSSMおよびNMSSMにおける三重ヒッグス自己結合に与える影響を評価すること。
• 現在の実験的限界のもとでの、ヒッグス自己結合比 λ³ₕᴹˢᴹ/λ³ₕˢᴹ および λ³ₕᴺᴹˢᴹ/λ³ₕˢᴹ の許容範囲を特定すること。
• λ > 0.7のNMSSMにおける観測可能なシグネチャ、特に共鳴状態の生成と結合定数のずれを同定すること。
• 将来的なコライダー（HL-LHCおよびILC）がNMSSMによって予測されるヒッグス自己結合の大きなずれをどれほど感度よく検出できるかを評価すること。

提案手法

• ヒッグス信号強度、フラーバー物理学、電弱精度観測量、およびダークマターの残存密度の制約を組み込んだ、MSSMおよびNMSSMのパラメータ空間におけるグローバルスキャンを実施する。
• 有効ポテンシャルおよびフェ Feynman 図的アプローチを用いて、両モデルにおけるヒッグス自己結合への量子修正を計算する。
• 厳密な実験的限界を適用：LHCヒッグスデータ（H→ττ、H→bb、H→γγを含む）、ストップおよびヒッグス粒子の直接探索、B物理学の観測量、ダークマター検出の制約。
• 125 GeVのSMに類似したヒッグス粒子に注目し、NMSSMにおける最小スピン状態（h₁）と第二のCP偶性状態（h₂）を区別する。
• 特にNMSSMのλ < 0.7およびλ > 0.7の領域において、シングレットとダブルケットヒッグス成分の混合が自己結合に与える影響を分析する。
• h₂の組成と質量に依存する、二ヒッグス最終状態におけるh₂の共鳴生成の可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCラン1のすべての現在の実験的限界を考慮した場合、MSSMにおける三重ヒッグス自己結合はどの程度制約を受けるか？
• RQ2 λ < 0.7のNMSSMにおけるヒッグス自己結合の最大の抑制または増幅はどの程度で、そのメカニズムは何か？
• RQ3 λ > 0.7のNMSSMにおいて、ヒッグス自己結合の大きなずれはどのように生じるのか？また、フェルミオンおよびゲージボソンへの結合にどのような影響を及えるか？
• RQ4 将来的なコライダー（HL-LHCやILC）は、NMSSMが予測するヒッグス自己結合の大きなずれを検出できるか？
• RQ5 ヒッグス混合と共鳴生成は、NMSSMの現象論的妥当性と検証可能性を高める上で果たす役割は何か？

主な発見

• MSSMでは、三重ヒッグス自己結合比がSM値の97%以上に制約されており、最小限のずれであることが示された。
• NMSSMでλ < 0.7の場合、mₕ₁ ≈ mₕ₂のときシングレットとダブルケットヒッグス成分の大きな混合が生じ、自己結合比が最低10%まで低下する。
• NMSSMでλ > 0.7の場合、自己結合比は-1.1から1.9の間で変動可能であり、大きな増幅または抑制が可能である。
• λ < 0.7のNMSSMでは、SMに類似したヒッグス粒子（h₂）のWおよびZボソンへの結合が抑制されるが、光子およびグルーオンへのループ誘導結合は強化される。
• λ > 0.7のNMSSMでは、h₁ → τ⁺τ⁻結合がSMの予測から著しくずれる可能性があり、高精度測定による早期検出が可能である。
• mₕ₂ > 2mₕ₁のとき、二ヒッグス最終状態におけるh₂の共鳴生成が可能であり、LHCにおけるモデルの直接的プローブが可能となる。