[論文レビュー] Light Higgs Scenario in BMSSM and LEP Precision Data

Kyu Jung Bae, Radovan Dermíšek+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、Beyond MSSM (BMSSM) フレームワークにおける軽量ヒッグスの可能性を提案する。CP-odd (A) および CP-even (h) ヒッグスボソンが非常に軽量（m_A ~ 7–8 GeV、m_h ~ 70 GeV）であることで、LEP における Z→hA 衰えが可能になる。この状況では、h の崩壊から生じるボトムクォークが、ボトムクォークの前向き後方非対称性（A_fb^b）の矛盾を緩和するが、軽量のストップ-チルーディングループによるキャンセレーションのおかげで、LEP の精度データおよび b→sγ の制約と整合的である。

ABSTRACT

In this Letter we consider very light Higgs fields in BMSSM(Beyond MSSM). The spectrum below TeV scale is the same as the MSSM but the Higgs potential is modified and is well described in terms of effective dimension five and six operators. A correction from the BMSSM operators allows us to consider new parameter space of Higgs sector which is not allowed in the MSSM. It can be regarded as a constrained version of general 2 Higgs doublet model (2HDM) as long as Higgs sector is concerned. We focus on the possibility that CP odd Higgs (A) mass is about 7 or 8 GeV and charged Higgs mass is comparable to W mass. At the same time one of the CP even Higgs (h) is light enough such that h and A production at the Z pole is kinematically allowed. The tension between forward backward asymmetry of bottom quark Ab_FB measured at LEP and the Standard Model prediction can be ameliorated if bottom quark pair produced from light CP even Higgs is taken into account.

研究の動機と目的

• LEP の精度データにおける乖離、特にボトムクォーク対の前向き後方非対称性に関して、BMSSM 内の軽量ヒッグスの可能性を調査すること。
• 非常に軽量の CP-odd ヒッグス (A) と軽量の CP-even ヒッグス (h) が、BMSSM において既存の LEP やフレーバー物理学の制約と整合的であるか、共存可能かどうかを検討すること。
• 観測された A_fb^b の SM の予測との乖離が、ヒッグスボソンのボトムクォークへの崩壊寄与によって緩和可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 本研究では、TeV スケールより高いエネルギーの新物理を統合することで、BMSSM のヒッグスポテンシャルを修正する次元5および6の効果的オペレーターを生成する、有効場理論の手法を採用する。
• モデルはTeVスケール未満でMSSMと同一のスペクトルを仮定し、高次元オペレーターによるヒッグスカップリングおよび質量の修正を導入する。
• 有効オペレーター構造を用いることで、m_A ≤ 10 GeV の軽量CP-oddヒッグス（A）とm_h ~ 70 GeV の軽量CP-evenヒッグス（h）を可能にし、LEPにおけるZ→hA崩壊を実現する。
• 電弱精度観測量への影響は、修正されたヒッグスカップリングを用いて、h→bb̄ が A_fb^b および R_b に与える寄与を計算することで評価する。
• b→sγ に対する制約は、チャージドヒッグスとストップ-チルーディングループのキャンセレーションを要請することで扱い、ブランチング比を抑制するため、軽量のストップおよびチルーディングループ質量（m_stop < 160 GeV）を採用する。
• 数値的結果は SuperIso v2.3 を用いて生成され、μ、ε₁、tanβ および他のSUSY破れパラメータのパラメータスキャンにより、妥当な領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 m_A ~ 7–8 GeV の軽量CP-oddヒッグスとm_h ~ 70 GeV の軽量CP-evenヒッグスが、BMSSM フレームワークにおいてLEPの精度データと整合的であるか、共存可能か。
• RQ2 ヒッグスボソンのボトムクォークへの崩壊（h→bb̄）が、LEP における測定されたボトムクォークの前向き後方非対称性（A_fb^b）にどの程度の影響を与えるか。
• RQ3 SMの予測との乖離を、R_b の整合性を損なわせることなく、BMSSM フレームワーク内で解消可能か。
• RQ4 BMSSM のオペレーター構造が、チャージドヒッグスが m_H± ~ m_W に近い軽量であると同時に、b→sγ の制約と整合的であるように、チルーディングおよびストップセクターをどのように変更するか。
• RQ5 軽量ヒッグスの状況下で、b→sγ のブランチング比におけるキャンセレーションを達成するためのストップおよびチルーディングの質量スケールはどの程度か。

主な発見

• m_A ~ 7–8 GeV の軽量CP-oddヒッグスとm_h ~ 70 GeV の軽量CP-evenヒッグスは、BMSSM において実現可能であり、LEP におけるZ→hA 衰えが運動論的に可能である。
• h→bb̄ 衰えから生じるボトムクォーク対は、前向き後方非対称性（A_fb^b）を顕著に変化させ、tanβ ~ 1.5–2 の範囲で LEP 測定値との矛盾を軽減する。
• ストップおよびチルーディングの質量が軽量（m_stop < 160 GeV）である場合、チャージドヒッグス寄与とのキャンセレーションにより、b→sγ の測定ブランチング比と整合的である。
• BMSSM の有効オペレーター構造により、ε₁ を介したμ項の20–30%の増幅が可能となり、チルーディングおよびストップの混合行列を変更し、必要なキャンセレーションを実現可能となる。
• M₂ ~ 200 GeV および ε₁ ~ 0.0096 の条件下で、SuperIso v2.3 による確認により、tanβ ~ 1.9 のとき2σ以内の b→sγ ブランチング比が達成される。
• このモデルは、軽量のストップ-チルーディングループと組み合わせた場合、現在の実験的制約と整合的である m_H± ~ m_W の近いチャージドヒッグス質量を予測する。