[論文レビュー] Invisible Decays of the Supersymmetric Higgs and Dark Matter

F. Boudjema, G. Bélanger+1 more|ArXiv.org|Jun 28, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、非ユニフォームなゲージノ質量を伴う超対称モデルにおける中性ノースへの見えないヒッグス崩壊を調査し、このような崩壊が、宇宙論的に許容されるダークマターの残存密度を持つ領域では、ヒッグス粒子の二光子崩壊断確率を標準模型（SM）予測の60％未満に抑える可能性があることを示している。LHCのγγチャンネルでは検出を逃れる可能性があるこれらのシナリオは、テバトロンで探査可能なチャリノおよび中性ノースの質量を示しており、他のパラメータに依存せず、U(1)ゲージノ質量パラメータM₁ ≥ 20 GeVの下限が課される。

ABSTRACT

We discuss effects of the light sparticles on decays of the lightest Higgs in a supersymmetric model with nonuniversal gaugino masses at the high scale, focusing on the `invisible' decays into neutralinos. These can impact significanlty the discovery possibilities of the lightest Higgs at the LHC. We show that due to these decays, there exist regions of the $M_2-μ$ space where the B.R. $(h o γγ)$ becomes dangerously low even after imposing the LEP constraints on the sparticle masses, implying a possible preclusion of its discovery in the $γγ$ channel. We find that there exist regions in the parameter space with acceptable relic density and where the ratio ${B.R. (h o γγ)_{SUSY} \over B.R. (h o γγ)_{SM}}$ falls below 0.6, implying loss of signal in the $γγ$ channel. These regions correspond to $ ilde χ_1^+, ilde χ_2^0$ masses which should be accessible already at the Tevatron. Further we find that considerations of relic density put lower limit on the U(1) gaugino mass parameter $M_1$ independently of $μ, an β$ and $m_0$.

研究の動機と目的

• 非ユニフォームなゲージノ質量を伴う超対称モデルにおける中性ノースへの見えないヒッグス崩壊が、軽い超対称粒子に与える影響を分析すること。
• これらの見えない崩壊が、LHCにおける最軽いヒッグス粒子の発見可能性に与える影響、特にγγおよびbb̄崩壊チャンネルにおいて評価すること。
• ヒッグスの見えない分岐比が高く、かつ中性ノースの残存密度が宇宙論的に許容される範囲内に留まるパラメータ空間の領域を特定すること。
• テバトロンが、特にチャリノおよび第二軽量中性ノースの質量に対して、そのようなパラメータ領域をどれだけ探査できるかを評価すること。
• μ、tanβ、およびm₀に依存せず、許容可能なダークマター残存密度を保証するためのU(1)ゲージノ質量パラメータM₁の下限を特定すること。

提案手法

• 高エネルギースケールでの非ユニフォームなゲージノ質量を持つ超対称モデルを用い、2つのヒッグスダブルレットを持つMSSMフレームワークで分析を行う。
• 1ループ補正および有効結合を用いて、中性ノース対への見えないヒッグス崩壊（h → χ̃₁⁰χ̃₁⁰）の分岐比を計算する。
• 熱的凍結アウトメカニズムを用いて、中性ノースダークマターの残存密度を計算し、Zおよびヒッグス極での共鳴的消失を含む。
• LEPのチャリノ探索と宇宙論的観測からの制約を受けて、M₂、μ、M₁、m₀、およびtanβのパラメータ空間をスキャンする。
• 数値的ツールを用いて分岐比および残存密度を評価し、固定されたm₀およびtanβにおけるM₂–μ平面に結果を可視化する。
• SUSYのヒッグス二光子崩壊断確率とSM予測との比較を行い、信号の抑制度を定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ユニフォームなゲージノ質量を伴う超対称モデルにおいて、中性ノースへの見えないヒッグス崩壊が、ヒッグス二光子崩壊断確率を顕著に抑制する可能性があるか？
• RQ2 LEPの制約を適用した後でも、M₂–μパラメータ空間の特定の領域で、ヒッグスの見えない崩壊分岐比が高いためγγチャンネルでの発見が危うくなる可能性はあるか？
• RQ3 このような見えない崩壊シナリオでも、中性ノースの残存密度が宇宙論的に許容される範囲（Ωh² ∈ [0.1, 0.3]）に収まるか？
• RQ4 これらの領域におけるスパーティクル質量（χ̃₁⁺, χ̃₂⁰）は、テバトロン・ランIIで探査可能か？
• RQ5 残存密度制約が、μ、tanβ、およびm₀に依存せず、U(1)ゲージノ質量パラメータM₁にどのような下限を課すか？

主な発見

• M₂–μパラメータ空間において、見えないヒッグス分岐比が高い領域では、SUSYにおけるヒッグス二光子分岐比とSM予測との比が0.6未満に低下し、γγ信号の顕著な抑制が生じている。
• γγ崩壊断確率が抑制されるこれらの領域では、チャリノおよび第二軽量中性ノースの質量（mχ̃₁⁺ ≈ 250 GeV）がテバトロン・ランIIで探査可能である。
• Zおよびヒッグス極での効率的な消失により、スlepton質量が重くても中性ノースダークマターの残存密度は、宇宙論的に好ましい範囲（0.1 < Ωh² < 0.3）に保たれる。
• M₁ ≥ 20 GeVの下限が、μ、tanβ、およびm₀に依存せず、不適切な高い残存密度を避けるために必要であることが、広範なパラメータ空間スキャンにより確認された。
• 特定の領域では、見えない崩壊チャンネルh → χ̃₁⁰χ̃₁⁰がSMの崩壊モードを上回り、LHCにおけるγγおよびbb̄チャンネルでの発見を脅かす可能性がある。