[논문 리뷰] A Light Supersymmetric Higgs Sector Hidden by a Standard Model-like Higgs

A. Delgado, Germano Nardini외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 42인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 전자약 대칭 계층을 안정화하고 가벼운 힉스 섹터를 가능하게 하는 실수 트리플렛 힉스 필드를 포함하는 표준모형의 초대칭 확장 모델을 제안한다. 작은 tanβ에서 '표준모형 유사 점'을 식별하며, 이 경우 가장 가벼운 CP-짝성 힉스(h)는 W, Z, 페르미온과의 결합을 제외한 모든 표준모형 결합을 재현한다. 이 경우, 치아린코 순환으로 인해 h→γγ 붕괴 확률가 최대 40% 증가할 수 있다. 이 점은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서는 존재하지 않지만, 추가 싱เก릿 또는 트리플렛을 가진 이론에서는 가능하므로, 이 모델은 새로운 물리가 존재하더라도 현재 LHC 데이터와 일치한다.

ABSTRACT

Extending the Higgs sector of the MSSM by triplets alleviates the little hierarchy problem and naturally allows for enhancements in the diphoton decay rate of the lightest CP-even Higgs h. In the present paper we analyze in detail the Higgs phenomenology of this theory with m_h~126 GeV. We mostly focus on a light Higgs sector where the pseudoscalar A, the next-to-lightest CP-even scalar H and the charged H^\pm Higgses are naturally at the electroweak scale. It turns out that for any value m_A > m_h there is a parameter region at small tan(beta) where the CP-even Higgs sector appears at colliders as the SM one, except for loop-induced corrections. Notably the existence of this SM-like point, which is absent in the MSSM, is shared with supersymmetric theories where there are extra singlets. We also highlight a second parameter region at small m_A and small tan(beta) where the h signal strengths, diphoton channel included, are SM-like except those of bottoms and taus which can have at most a 10-15 % splitting. Improvements in the A and H^\pm searches are worthwhile in order to discriminate this scenario from the SM.

연구 동기 및 목표

• 표준모형의 초대칭 확장에서 전자약 대칭 계층 문제를 해결하기 위해 힉스 섹터를 실수 트리플렛 필드로 확장한다.
• 전자약 스케일 근처에 A, H, H±가 존재하는 가벼운 힉스 섹터가 표준모형 유사 힉스 결합을 재현할 수 있는지 탐색한다.
• 관측된 힉스(그 질량 mh ≈ 126 GeV)가 새로운 물리가 존재하더라도 트리거 결합에서 표준모형 유사 성질을 띠는 매개변수 영역을 규명한다.
• 현재 LHC 힉스 신호 강도 데이터를 바탕으로 모델의 현상학적 타당성을 조사한다.
• 표준모형과의 차이를 식별하기 위해 편모수 A와 채워진 힉스 H± 탐색의 중요성을 부각한다.

제안 방법

• 초대칭 표준모형(Higgs 섹터)에 전하 Y=0인 실수 SU(2)_L 트리플렛 필드를 도입하여 새로운 초위상 연산자 λ를 도입한다.
• 스톱과 스칼라 트리플렛의 한계에서의 1-루프 반사수정을 포함한 힉스 포텐셜과 질량 행렬을 분석한다.
• 트리거 결합이 표준모형과 정확히 일치하는 '표준모형 유사 점'에 대한 해석적 조건을 유도하며, 최소화 조건과 질량 행렬의 대각화를 사용한다.
• 브랜칭 비율과 생성 횡단면을 계산하며, 특히 치아린코 순환 기여를 포함한 h→γγ, bb, ττ 채널에 집중한다.
• 실험적 불확도 내에서 신호 강도가 표준모형 예측과 일치하는 영역을 찾기 위해 매개변수(m_A, tanβ, λ)에 대한 수치적 스캔을 수행한다.
• H→bb 및 H→ττ 확률의 억제(표준모형 예측의 10% 이하)를 평가하여 LHC에서 무거운 힉스의 비관측 원인을 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실수 트리플렛 확장 초대칭 표준모형이, 가장 가벼운 CP-짝성 힉스(h)가 W, Z, 페르미온과의 결합에서 표준모형 유사 성질을 띠는 가벼운 힉스 섹터를 생성할 수 있는가?
• RQ2 h→γγ 붕괴 확률이 최대 40% 증가하면서도 다른 모든 신호 강도가 표준모형 예측과 일치하는 매개변수 영역는 어디인가?
• RQ3 왜 이 트리플렛 모델에서는 표준모형 유사 점이 존재하지만 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서는 존재하지 않는가?
• RQ4 치아린코의 반사수정 기여가 이중광자 붕괴 확률과 기타 루프 유도 과정에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 이 모델에서 H→bb, ττ의 브랜칭 비율이 강하게 억제되어 LHC에서 무거운 힉스의 비관측이 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 모든 m_A ≥ m_h에 대해, 작은 tanβ에서 가장 가벼운 힉스 h의 모든 트리거 결합(W, Z, b, t, τ)이 표준모형 값과 정확히 일치하는 '표준모형 유사 점'이 존재한다.
• 이 표준모형 유사 점에서, 치아린코 순환 기여로 인해 h→γγ 붕괴 확률이 최대 40% 증가할 수 있으며, 이는 치아린코 질량 스펙트럼에 따라 달라진다.
• 작은 m_A와 작은 tanβ에서 두 번째 매개변수 영역이 존재하며, 이 경우 W, Z, γ, 탑 쿼크의 결합 강도는 표준모형 유사 성질을 띠지만, 바텀 및 타우 붕괴는 루프 보정으로 인해 최대 15%의 분리가 발생할 수 있다.
• 더 무거운 힉스(H)의 bb 및 ττ 붕괴 확률은 표준모형 예측의 10% 미만으로 억제되어 LHC에서의 비관측을 설명할 수 있다.
• 편모수 A와 채워진 힉스 H±는 이 모델을 표준모형과 구별하기 위해 가장 유망한 탐색 채널이며, 특히 낮은 m_A 영역에서 중요하다.
• 해석적 유도를 통해 표준모형 유사 점에서 sin²α_c = cos²β_c임을 확인하였으며, 이는 m_A에 관계없이 성립하며, 탈리미트 한계의 행동과 유사하다.