[論文レビュー] Vacuum Stability Constraints on the Enhancement of the h ! Rate in the MSSM

Teppei Kitahara|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用数 17

ひとこと要約

この論文は、最小超対称標準模型（MSSM）におけるヒッグス粒子の二光子崩壊率の増幅について、真空安定性の制約を調査する。光る超タウ粒子と大きな左-右超タウ混合を伴う状況において、真空の中間安定性条件を適用することで、観測された二光子チャンネルにおける1.5–1.8倍の過剰現象を説明するために必要な条件が得られ、100 GeVの軽い超タウ粒子質量において、その増幅は25%に上限がかかることが判明した。

ABSTRACT

The ATLAS and CMS collaborations discovered a new boson particle. If the new boson is the Higgs boson, the diphoton signal strength is 1.5 - 1.8 times larger than the Standard Model (SM) prediction, while the WW and ZZ signal strengths are in agreement with the SM one. In the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), overall consistency can be achieved by a light stau and the large left-right mixing of staus. However, a light stau and large left-right mixing of staus may suffer from vacuum instability. We first apply the vacuum meta-stability condition to the Higgs to diphoton decay rate in the MSSM. We show that the vacuum meta-stablity severely constrains the enhancement to the Higgs to diphoton rate. For example, when the lighter stau mass is 100 GeV, the upper bound on the enhancement to the Higgs to diphoton rate becomes 25%.

研究の動機と目的

• 観測されたMSSMにおけるヒッグス粒子の二光子崩壊率の1.5–1.8倍の増幅が、一貫して実現可能かどうかを調査すること。
• 光る超タウ粒子と大きな左-右超タウ混合を伴う状況における真空の中間安定性の影響を評価すること。
• 真空安定性の制約下で、ヒッグス粒子の二光子崩壊率増幅に定量的な制限を導出すること。
• 標準模型の予測と一致させつつ、二光子信号の過剰現象と真空安定性を両立させること。

提案手法

• 電弱真空の安定性を評価するために、MSSMのヒッグス系に真空の中間安定性条件を適用する。
• ヒッグス粒子の二光子崩壊率を増幅させるために、100 GeVの光る超タウ粒子と大きな左-右超タウ混合を伴う状況に焦点を当てる。
• MSSMラグランジアンと有効ポテンシャルを用いて、真空崩壊率と安定性条件を計算する。
• 超タウ粒子の質量と混合パラメータの関数として、ヒッグス粒子の二光子崩壊率増幅を評価する。
• 予測された増幅を、ATLASおよびCMSの観測データにおける1.5–1.8倍の過剰現象と比較する。
• 真空が中間安定のまま保たれるように要求することで、増幅の上限を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたMSSMにおけるヒッグス粒子の二光子崩壊率の1.5–1.8倍の増幅は、真空の中間安定性を破らない範囲で説明可能か？
• RQ2 真空の中間安定性の制約下で、ヒッグス粒子の二光子崩壊率の最大増幅はどの程度か？
• RQ3 光る超タウ粒子質量と大きな左-右超タウ混合は、MSSMにおける真空安定性にどのように影響するか？
• RQ4 真空の中間安定性は、ヒッグス粒子の二光子崩壊に対する超タウ粒子媒介の寄与の妥当性をどの程度制限するか？
• RQ5 軽い超タウ粒子質量が100 GeVのとき、ヒッグス粒子の二光子崩壊率増幅の定量的上限は何か？

主な発見

• 真空の中間安定性条件は、MSSMにおけるヒッグス粒子の二光子崩壊率増幅を強く制限する。
• 軽い超タウ粒子質量が100 GeVのとき、ヒッグス粒子の二光子崩壊率に許容される最大増幅は25%に制限される。
• 光る超タウ粒子と大きな左-右超タウ混合を伴う状況は、二光子過剰現象を説明可能ではあるが、真空不安定性によって制限を受ける。
• 観測された二光子チャンネルにおける1.5–1.8倍の増幅は、超タウ粒子質量が顕著に高い場合を除き、真空安定性の上限を超過する。
• 真空の中間安定性は、二光子信号過剰現象の特定のMSSM的説明の妥当性を強く制限する理論的制約を課す。
• 25%の増幅上限は、100 GeVの軽い超タウ粒子質量と大きな混合を仮定した下で導出された。