[논문 리뷰] A Higgs Boson at 96 GeV?!

S. Heinemeyer, Tim Stefaniak|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 27인용 수 3

한 줄 요약

논문은 CMS 이광자 데이터에서 관측된 잠재적 96 GeV 힉스 보손 신호와 LEP에서의 b¯b 최종 상태에서의 2.3σ 초과를 조사하며, 이는 NMSSM 또는 µνSSM에서의 경량 CP-짝성 힉스 또는 µνSSM에서의 오른쪽 수애르빈 노르몬이 될 수 있음을 제안한다. 이는 이러한 상태—NMSSM에서의 싱게트 유사 힉스 또는 µνSSM에서의 오른쪽 수애르빈 노르몬—이 동시에 두 이상 현상도 설명할 수 있으며, LHC와 LEP의 배제 한계와도 일치함을 보여준다.

ABSTRACT

We briefly summarize some searches for Higgs bosons with a mass of $m_ϕ ≤ 110$~GeV at LEP and the LHC. We discuss a possible signal in the diphoton decay mode at $m_ϕ∼96~$GeV as reported by CMS, together with a $∼2σ$ hint in the $b\bar{b}$ final state at LEP. We briefly review possible interpretation of such a new particlein various BSM models. We focus on possible explanations as reported within the NMSSM and the \mnSSM. Conclusions for future collider projects are briefly outlined.

연구 동기 및 목표

• 96 GeV 힉스 보손 신호가 LHC 및 LEP 데이터와 얼마나 일치하는지 조사하기 위해.
• CMS에서 관측된 3σ 이광자 초과와 LEP에서의 2.3σ b¯b 초과가 단일 새로운 스칼라 입자로 설명될 수 있는지 탐색하기 위해.
• 이러한 상태가 NMSSM 및 µνSSM 프레임워크 내에서 얼마나 실현 가능한지 평가하기 위해.
• 미래의 e+e− 충돌기에서 이러한 경량 힉스 보손이 어떻게 발견 가능할지 평가하기 위해.

제안 방법

• LEP 및 LHC 데이터에서 관측된 힉스 붕괴 비율을 SM 예측과 비교하기 위해 신호 강도 매개변수 ξb와 ξγ를 사용한다.
• µeff, Aκ 및 기타 소프트 항목을 변화시켜 NMSSM 및 µνSSM 매개변수 공간에서 수치적 스캔을 수행한다.
• LEP, 테바트론 및 LHC의 기존 힉스 배제 한계와의 일치를 확보하기 위해 HiggsBounds 및 HiggsSignals를 적용한다.
• 가장 가벼운 CP-짝성 힉스가 b¯b에 대한 결합이 억제된 상태에서 주로 싱게트 또는 오른쪽 수애르빈 노르몬 상태인 경우에 집중한다.
• 루프 수준의 혼합과 페르미온 유도 기여로 인한 이광자 붕괴 비율 증가를 분석한다.
• ATLAS 및 CMS의 γγ 채널에서 예상된 배제 한계와 관측된 배제 한계를 비교하여 일관성 여부를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 96 GeV에서의 단일 경량 힉스 보손이 CMS 이광자 초과와 LEP b¯b 초과를 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 관측된 신호가 NMSSM 힉스 섹터와 일치하는가, 특히 싱게트 유사 CP-짝성 힉스인가?
• RQ3 µνSSM가 96 GeV에서 오른쪽 수애르빈 노르몬 힉스를 수용할 수 있는가, 이는 두 이상 현상도 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ4 LHC 및 LEP 데이터와의 일치를 유지하면서 이러한 상태를 허용하는 NMSSM 및 µνSSM의 매개변수 공간 제약 조건은 무엇인가?
• RQ5 ILC250과 같은 미래의 e+e− 충돌기에서 이러한 경량 힉스 보손은 얼마나 접근 가능할까?

주요 결과

• b¯b 결합이 억제된 96 GeV 힉스 보손은 NMSSM 내에서 CMS 이광자 초과(µCMS = 0.6±0.2)와 LEP b¯b 초과(µLEP = 0.117±0.057)를 동시에 설명할 수 있다.
• NMSSM에서 이중체 혼합 비율이 약 10%인 주로 싱게트 유사 힉스는 세 상태 혼합을 통해 γγ 붕괴 비율을 증가시키며, 특히 b¯b 결합이 억제된 경우에 효과적이다.
• µνSSM에서는 질량 약 96 GeV의 오른쪽 수애르빈 노르몬이 CMS 및 LEP 신호를 재현할 수 있으며, 이 혼합은 µ 및 Aκ 매개변수에 의해 제어된다.
• 이러한 시나리오는 두 모델 모두에서 실현 가능하며, LEP 초과는 쉽게 재현되며, CMS 초과는 결합 요구 조건의 긴장에도 불구하고 약 1σ의 의미 수준에서 달성 가능하다.
• 이 경량 힉스 보손은 ILC250과 같은 미래의 e+e− 충돌기에서 접근 가능하며, 초과가 확인된다면 발견 가능성이 더욱 높아진다.
• 비표준 결합이 있더라도 LHC, LEP 및 테바트론의 힉스 섹터 제약 조건과 일치하는 것으로 남아 있다.