[論文レビュー] Two Higgs bosons near 125 GeV in the complex NMSSM and the LHC Run-I data

Stefano Moretti, Shoaib Munir|arXiv (Cornell University)|May 4, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 67被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ヒッグス系における明示的なCP対称性の破れを伴う複雑な次に最小限の超対称標準模型（cNMSSM）を調査し、125 GeV付近で質量がほぼ縮退した2つのヒッグス粒子を有する状況が、単一ヒッグス粒子の状況と比較してLHCランIのヒッグスデータに対してわずかに良いフィットを示すことを示している。特に$κ$パラメータにおける非ゼロのCP対称性破れ位相の導入により、データとの整合性が向上し、特に両方のヒッグス状態がCP混合である場合に顕著に顕著な低減されたグローバル$\chi^2$値が得られる。

ABSTRACT

We analyse the impact of explicit CP-violation in the Higgs sector of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) on its consistency with the Higgs boson data from the Large Hadron Collider (LHC). Through detailed scans of the parameter space of the complex NMSSM for certain fixed values of one of its CP-violating (CPV) phases, we obtain a large number of points corresponding to five phenomenologically relevant scenarios containing $\sim 125$ GeV Higgs boson(s). We focus, in particular, on the scenarios where the visible peaks in the experimental samples can actually be explained by two nearly mass-degenerate neutral Higgs boson states. We find that some points corresponding to these scenarios give an overall slightly improved fit to the data, more so for non-zero values of the CPV phase, compared to the scenarios containing a single Higgs boson near 125 GeV.

研究の動機と目的

• cNMSSMがLHCランIのヒッグスデータとどの程度整合するかを評価すること、特に125 GeV付近に2つのヒッグス粒子を有する状況に焦点を当てる。
• ヒッグス系における明示的なCP対称性の破れ（特に$κ$パラメータにおけるもの）が、実数のNMSSMと比較して実験的データへのフィットをどのように向上させるかを調査すること。
• 干渉効果や混合効果を考慮した場合に、質量がほぼ縮退した2つのヒッグス状態が観測されたヒッグス信号ピークをどのように説明できるかを明らかにすること。
• CP対称性破れ位相がフェルミオンの電気双極子モーメント（EDM）測定からの制約を緩和し、同時に強い一次相転移を可能にするかどうかを評価すること。
• 2ヒッグス粒子の状況において、標準模型に類似した信号強度と改善されたグローバル$\chi^2$値を達成するcNMSSMのパラメータ設定を同定すること。

提案手法

• CP対称性破れ位相$φ_{\kappa}$を固定値（$0^\circ$、$3^\circ$、$10^\circ$、$30^\circ$、$60^\circ$）として、cNMSSMのパラメータ空間における詳細な数値スキャンを実施する。
• NMSSMCALCツールを用いて、理論的および実験的入力の最新水準を反映させたヒッグス粒子の質量、混合角、生成・崩壊断面積を計算する。
• LHCおよびテバトロンの統合ヒッグス信号強度データとモデル予測を比較するため、グローバル$\chi^2$フィット手順を適用する。
• 通常$H_1$および$H_2$と表記される2つのヒッグス状態が、質量差が固有幅未満に留まるなど、ほぼ縮退している状況に注目する。
• スカラー-パラスカラー混合の影響を、ベクトルボソンへのカップリングに含まれるCP奇性成分を定量化する$C^{H_i}_{VV}$混合パラメータを用いて評価する。
• 干渉や混合効果が関係する領域（少数の点）ではそれらを無視し、別途の研究に譲る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 cNMSSMにおける125 GeV付近の2ヒッグス粒子の状況が、単一ヒッグス粒子の状況と比較して、LHCランIのヒッグスデータをよりよく説明できるか？
• RQ2 ヒッグス系における明示的なCP対称性の破れ（特に$κ$パラメータにおけるもの）が、実験的信号強度へのフィットを向上させるか？
• RQ3 CP対称性破れ位相が、ヒッグスデータおよび電弱ビアジェネシスの制約との整合性をどのように向上させるか？
• RQ4 CP対称性破れ位相が、ヒッグス質量固有状態におけるスカラー成分とパラスカラー成分の混合にどのように影響するか？
• RQ5 cNMSSMにおいて、125 GeV付近の2つのCP混合ヒッグス状態が他の設定よりも低いグローバル$\chi^2$値を達成するパラメータ領域が存在するか？

主な発見

• 125 GeV付近で質量がほぼ縮退した2つのヒッグス粒子を有する状況は、単一ヒッグス粒子の状況と比較して、LHCランIデータへのグローバルフィットがわずかに改善される。
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$のとき、全テストされた状況および位相の中でグローバル最小$\chi^2$値を達成する。
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$のとき、他の位相と比較して、グローバル最小値から4単位以上$\Delta\chi^2$が大きい点の数が多くなる。
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$のとき、信号強度比$D_1$、$D_2$、$D_3$が1から顕著に逸脱する点が多くなる。これはデータに対する感受性が強いことを示唆する。
• 非ゼロのCP対称性破れ位相、特に$\phi_{\kappa} = 10^\circ$が、125 GeV付近に2つのスカラー的ヒッグス粒子が存在する可能性を高め、スカラー-パラスカラー混合の必要性を低減する。
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$のとき、$C^{H_3}_{VV}$混合パラメータは小さく保たれ、重いヒッグス状態におけるCP奇性成分の混合が最小限に抑えられ、標準模型に類似したカップリングを維持する。