[論文レビュー] Implications of Higgs Sterility for the Higgs and Stop Sectors

J. Guo, Zhaofeng Kang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、MSSMおよびNMSSMにおけるスティーリー（不活性）Higgsボソンがヒッグスおよびストップセクターに与える影響を調査する。MSSMでは、ダブルット-ダブルット混合のため、Higgs不活性性が $ M_A \gtrsim 900 $ GeV の下限を引き起こす。一方、ストップ質量は高エネルギーHiggs質量のおかげで制約を受けない。それに対してNMSSMでは、軽いストップが存在するため、Higgs不活性性がストップセクターを顕著に制約し、ストップ-ストアベット崩壊を通じて同一符号のレプトンやマルチジェットといった新しいLHCのシグネチャを可能にする。

ABSTRACT

The LHC data implies that the newly discovered Higgs boson h may be sterile (highly SM-like). In supersymmetric SMs (SSMs), Higgs couplings are often modified by Higgs mixing and stop loop corrections, so we study the Higgs sterility in the Higgs and stop sectors in two SSMs: (I) The Minimal SSM (MSSM). In the nearly decoupling region, the doublet-doublet mixing effect can only enhance C_{hb\bar b} by 2m_Z^2/M_A^2. Sterility places M_A\gtrsim 900 GeV. But it hardly constrains the stop sector due to the heaviness of Higgs boson mass m_h; (II) The next to MSSM(NMSSM). In the presence of doublet-singlet mixing, the mixing structure is complicated. We find a simple approximation to understand Higgs sterility and its implications, says the amount of pushing-up m_h\lesssim 5 GeV while the pulling-down scenario is favored. Stops can be light here, so Higgs sterility significantly constrains them directly and indirectly except for blind spots. We also study the LHC features of the whole stop sector facing a sterile Higgs and find that, in virtue of decays between stops and sbottom, characteristic signatures like same-sign leptons and multi b-jets are promising probes.

研究の動機と目的

• 126 GeVの高精度で標準模型に類似した（不活性）ヒッグスボソンが、超対称モデルにおけるヒッグスおよびストップセクターに与える制約を分析すること。
• ダブルット-ダブルットおよびダブルット-シングレット混合がヒッグスカップリングおよび質量予測をどのように変化させるかを検討すること。
• ヒッグス不活性性がストップセクターの素粒子物理学的性質に与える影響、特にLHCでの発見可能性の文脈において評価すること。
• 不活性ヒッグス条件下で生じるストップおよびストアベット崩壊に起因する特徴的なLHCシグネチャを同定すること。

提案手法

• MSSMにおけるヒッグス混合効果の解析的検討。特に、ダブルット-ダブルット混合の抑制が $ 1/M_A^2 $ に比例することに注目する。
• NMSSMにおけるダブルット-シングレット混合を簡略化した近似でモデル化し、$ m_h $ およびヒッグスカップリングへの影響を評価する。
• 実験的観測量と関連する縮約カップリング $ r_{i,X} $ を用いて、ヒッグス信号強度比 $ R_{gg}^{H_i}(X) $ を導出する。
• ストップ質量固有状態を求めるために、$ (\widetilde{t}_R, \widetilde{t}_L) $ 基底における質量固有値行列を構築し、対角化により固有状態を計算する。
• ストップ混合角 $ \theta_{\widetilde{t}} $ の評価と、$ A_t $, $ \mu $, および $ \tan\beta $ への依存性の分析。
• ストップ-ストアベットカスケード崩壊に起因するLHCシグネチャの予備的分析。特に、同一符号レプトンおよびマルチbジェット最終状態に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおけるヒッグス不活性性は、プセウドスカラー質量 $ M_A $ にどのような制約を課すか？
• RQ2 ヒッグス不活性性下で、ダブルット-シングレット混合がNMSSMにおけるヒッグス質量およびカップリングに与える影響は何か？
• RQ3 NMSSMにおいて、不活性ヒッグスボソンと整合する範囲で、ストップセクターはどのくらい軽くできるか？
• RQ4 不活性ヒッグスが存在する状況下で、ストップおよびストアベットを含む主要な崩壊チェーンは何か？
• RQ5 不活性ヒッグス条件下で、ストップセクターをプローブするのに最も有望なLHCシグネチャは何か？

主な発見

• MSSMでは、ダブルット-ダブルット混合のため、ヒッグス不活性性が $ M_A \gtrsim 900 $ GeV の下限を引き起こす。混合効果は $ 2m_Z^2/M_A^2 $ に比例して抑制される。
• MSSMにおけるストップセクターは、高エネルギーのヒッグス質量のため、ヒッグス不活性性の影響をほとんど受けない。極端な極限を除けば、ほとんど制約を受けない。
• NMSSMでは、ダブルット-シングレット混合が $ m_h $ を上昇または低下させる可能性があり、そのシフトはヒッグス不活性性の制約によって上限に制限される。
• NMSSMにおける軽いストップは、ヒッグス不活性性によって直接的および間接的に強く制約を受けるが、ブラインドスポットではその限りではない。
• NMSSMにおけるストップ-ストアベット崩壊は、同一符号レプトンおよびマルチbジェット最終状態といった特徴的なLHCシグネチャを生じる。
• これらのシグネチャは、不活性ヒッグスボソンを伴うモデルにおけるストップセクターのプローブに有望である。