[論文レビュー] The Constrained NMSSM with a 126 GeV Higgs boson: A global analysis

Kamila Kowalska, Shoaib Munir+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、126 GeVのヒッグス粒子の発見、$B_s \to \mu^+\mu^-$の崩壊断面積、LHCの制約と整合するかを評価するため、制約付き次に最小限の超対称標準模型（CNMSSM）のグローバルベイズ解析を提示する。126 GeV状態が最も軽いヒッグス粒子（h₁）であるという状況では、CMSSMに類似した振る舞いを示し、スチュー共消滅領域が好まれるが、次の軽いヒッグス（h₂）またはそれらがほぼ degenerate な状態を含む代替解釈は、ダークマターおよびフレーバーの制約によって排除される。

ABSTRACT

We present the first global analysis of the Constrained NMSSM that investigates the impact of the recent discovery of a 126 GeV Higgs-like boson, of the observation of a signal for BR(B_s->μ^+μ^-), and of constraints on supersymmetry from ~5/fb of data accumulated at the LHC, as well as of other relevant constraints from colliders, flavor physics and dark matter. We consider three possible cases, assuming in turn that the discovered Higgs boson is: i) the lightest Higgs boson of the model; ii) the next-to-lightest Higgs boson; and iii) a combination of both roughly degenerate in mass. The likelihood function for the Higgs signal uses signal rates in the γγ and ZZ --> 4l channels, while that for the Higgs exclusion limits assumes decay through the γγ, ττ, ZZ and W^+W^- channels. In all cases considered we identify the 68% and 95% credible posterior probability regions in a Bayesian approach. We find that, when the constraints are applied with their respective uncertainties, the first case shows strong CMSSM-like behavior, with the stau coannihilation region featuring highest posterior probability, the best-fit point, a correct mass of the lightest Higgs boson and the lighter stop mass in the ballpark of 1 TeV. The second and the third cases, on the other hand, while allowed are disfavored by the constraints from direct detection of dark matter and from BR(B_s->μ^+μ^-). Without the anomalous magnetic moment of the muon the fit improves considerably, especially for negative effective μ parameter. We discuss how the considered scenarios could be tested furtherly at the LHC and in dark matter searches.

研究の動機と目的

• 制約付きNMSSM（CNMSSM）が126 GeVヒッグス粒子の発見、$B_s \to \mu^+\mu^-$の崩壊断面積、LHCの制約をどのように同時に満たせるかを評価すること。
• 3つの異なる状況を調査する：126 GeV状態が最も軽いヒッグス（h₁）である場合、次の軽いヒッグス（h₂）である場合、または両者のほぼデジェネレートな混合である場合。
• ミューオンの異常磁気モーメントおよび直接的ダークマター検出の制約がモデルの整合性に与える影響を評価すること。
• （m₀, m₁/₂）平面における事後確率領域を特定し、微調整および残存密度の一貫性を評価すること。

提案手法

• γγおよびZZ → 4lチャンネルにおけるヒッグス信号率の尤度関数、およびγγ、ττ、ZZ、W⁺W⁻チャンネルにおける除外限界を用いたベイズ的グローバルフィットを実施する。
• LHCデータ（5 fb⁻¹）、フレーバーフィジックス（BR(Bs → μ⁺μ⁻)）、ダークマターの残存密度、直接検出、ミューオンg−2の異常を含む制約を分析に統合する。
• 3つの状況を評価する：(i) h₁ = 126 GeV、(ii) h₂ = 126 GeV、(iii) h₁およびh₂がほぼデジェネレートで、γγ率が合成される場合。
• マルコフ連鎖モンテカルロ法を用いて事後確率分布を計算し、68%および95%の信用区間を報告する。
• ケース(i)および(ii)について、(m₀, m₁/₂)平面における等高線を用いて微調整を定量化する。
• GUTスケールにおける有効なμパラメータおよびκ、Aκパラメータの役割を、それらの統一仮定を変化させることで検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CNMSSMは、126 GeVヒッグス粒子を最も軽いヒッグス粒子（h₁）として一貫して説明できるのか？ また、残存密度およびLHCの制約を満たすことができるのか？
• RQ2 126 GeV状態が次の軽いヒッグス（h₂）として特定される場合、フレーバーやダークマター観測量にどのような影響があるのか？
• RQ3 h₁およびh₂がほぼデジェネレートでγγ信号に寄与する状況はどれほど妥当なのか？ また、単一ヒッグス解釈と比べてどう異なるのか？
• RQ4 ミューオンg−2の異常を含めるか否かが、事後確率およびモデルの整合性に与える影響は何か？
• RQ5 AκのGUTスケールにおける統一を緩和すると、(m₀, m₁/₂)平面における事後分布および微調整にどのような影響があるのか？

主な発見

• 126 GeVヒッグスが最も軽いヒッグス（h₁）であるという状況では、CMSSMに類似した振る舞いを示し、スチュー共消滅領域が最も高い事後確率を示し、最良適合点に対応する。
• h₁ = 126 GeVの場合、最も軽いヒッグスの質量および残存密度が正しく再現され、軽いストップの質量は約1 TeVであり、スチューおよびストップの三体結合定数は両方とも強く負である。
• h₂ = 126 GeVおよびh₁+h₂デジェネレート状態の両方とも、直接的ダークマター検出およびBR(Bs → μ⁺μ⁻)の制約によって、特にμ_eff < 0の場合に排除される。
• ミューオンg−2の制約を除外すると、特にμ_eff < 0の場合に、b物理学の観測量との整合性が向上し、フィットが著しく改善される。
• 微調整の主な寄与源はh₁とh₂の状況で異なり、h₁状況ではスチュー共消滅領域で微調整が小さい。
• AκのGUTスケールにおける統一を緩和しても、(m₀, m₁/₂)平面における事後分布にほとんど影響がなく、好まれる領域ではモデルがCMSSM極限に近づく傾向にある。