[논문 리뷰] A 96 GeV Higgs boson in the general NMSSM

Kiwoon Choi, Sang Hui Im외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 39인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 일반 NMSSM에서의 싱게트 유사 힉스 보손이 동시에 LEP $e^+e^- \to Z(b\bar{b})$ 초과와 CMS의 96 GeV 이광자 초과를 설명할 수 있으며, 125 GeV의 SM 유사 힉스 보손을 유지할 수 있음을 제안한다. 모형은 싱게트 결합과 힉스아노 질량 매개변수에 의해 유도되는 상당한 혼합을 필요로 하며, 이는 이중 힉스 보손이 >500 GeV로 무거워지고, 양성자 힉스아노에 의해 수정된 양성자에 대한 힉스 보존 결합을 통해 이광자에 대한 결합이 발생하게 된다.

ABSTRACT

Physics beyond the Standard Model (SM) may manifest itself as small deviations from the SM predictions for Higgs signal strengths at 125 GeV. Then, a plausible and interesting possibility is that the Higgs sector is extended and at the weak scale there appears an additional Higgs boson weakly coupled to the SM sector. Combined with the LEP excess in $e^+e^- o Z(h o b\bar b)$, the diphoton excess around 96 GeV recently reported by CMS may suggest such a possibility. We examine if those LEP and CMS excesses can be explained simultaneously by a singlet-like Higgs boson in the general next-to-minimal supersymmetric Standard Model (NMSSM). Higgs mixing in the NMSSM relies on the singlet coupling to the MSSM Higgs doublets and the higgsino mass parameter, and thus is subject to the constraints on these supersymmetric parameters. We find that the NMSSM can account for both the LEP and CMS excesses at 96 GeV while accommodating the observed 125 GeV SM-like Higgs boson. Interestingly, the required mixing angles constrain the heavy doublet Higgs boson to be heavier than about 500 GeV. We also show that the viable region of mixing parameter space is considerably modified if the higgsino mass parameter is around the weak scale, mainly because of the Higgs coupling to photons induced by the charged higgsinos.

연구 동기 및 목표

• CMS의 96 GeV 이광자 초과와 LEP $e^+e^- \to Z(b\bar{b})$ 초과가 일반 NMSSM에서의 단일 새로운 힉스 보손에 의해 설명될 수 있는지 탐색한다.
• 관측된 125 GeV SM 유사 힉스 보손이 NMSSM의 매개변수 공간에 가하는 제약 조건을 검토한다.
• 힉스아노 질량 매개변수와 힉스 혼합이 두 초과를 동시에 설명할 수 있는지 여부에 미치는 영향을 조사한다.
• 관측된 신호들과 일관성을 유지하기 위해 필요한 무거운 이중 힉스 보손의 질량 척도를 규명한다.

제안 방법

• 연구는 싱게트 결합과 힉스아노 질량 매개변수를 통해 MSSM 힉스 이중체와 혼합되는 싱게트 힉스 보손을 포함하는 일반 NMSSM 프레임워크를 사용한다.
• LEP 및 CMS 데이터의 제약 조건을 바탕으로, 특히 이광자 및 $Zb\bar{b}$ 최종 상태에 중점을 두어 힉스 신호 강도와 붕괴율을 분석한다.
• 모형은 싱게트 결합과 힉스아노 질량 매개변수에 따라 달라지는 혼합 각도에 의해 지배되는 힉스 혼합 효과를 포함한다.
• 양성자에 대한 힉스 결합을 계산하며, 이는 힉스아노 질량 매개변수가 약한 척도 근처일 경우 증폭되는 양성자 힉스아노 기여를 포함한다.
• 125 GeV 힉스 보손의 신호 강도와 96 GeV 초과에 대한 제약 조건 하에 매개변수 공간을 스캔하며, 타당한 혼합 각도와 질량 척도에 중점을 둔다.
• 이론적 및 실험적 제약 조건을 사용하여 관측된 힉스 보존 구조와 일치하지 않는 영역을 배제한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반 NMSSM에서의 단일 싱게트 유사 힉스 보손이 96 GeV 이광자 초과와 LEP $Zb\bar{b}$ 초과를 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 125 GeV의 SM 유사 힉스 보손 존재가 NMSSM 매개변수 공간에 가하는 제약 조건은 무엇이며, 특히 무거운 이중 힉스 보손 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 힉스아노 질량 매개변수는 힉스 보손의 양성자에 대한 결합과 모형의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 관측된 신호 강도를 재현하기 위해 싱게트와 이중 힉스 상태 사이의 필요한 혼합 각도는 무엇인가?
• RQ5 양성자 힉스아노의 존재가 NMSSM에서 힉스 보손의 이광자 붕괴를 어떻게 수정하는가?

주요 결과

• 모형은 일반 NMSSM에서의 싱게트 유사 힉스 보손을 통해 96 GeV 이광자 초과와 LEP $Zb\bar{b}$ 초과를 동시에 설명할 수 있다.
• 필요한 혼합 각도는 중량 이중 힉스 보손이 약 500 GeV보다 무겁도록 제약를 가한다.
• 힉스아노 질량 매개변수가 약한 척도 근처일 경우, 양성자 힉스아노 기여로 인해 힉스 보손의 양성자에 대한 결합이 크게 증폭된다.
• 힉스아노 질량 매개변수가 약한 척도 근처에 있을 경우, 이러한 증폭된 양성자 결합으로 인해 혼합 매개변수 공간의 타당 영역이 상당히 변화한다.
• 혼합 및 질량 매개변수를 적절히 조정할 경우, 모형은 125 GeV 힉스 보손의 신호 강도와 일관성을 유지한다.