[논문 리뷰] A Rediatively Light Stop Saves the Best Global Fit for Higgs Boson Mass and Decays

Zhaofeng Kang, Tianjun Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 방사적으로 가벼운 스토프 쿼크—큰 음의 글루아노 방사 보정으로 인해 그의 다이폴 질량이 크게 낮아진—것이 관측된 힉스 보손 질량(~125 GeV)과 힉스 붕괴 이질현상에 대한 최적의 전반적 피팅(BGF)을 동시에 설명할 수 있다고 제안한다. 이는 $̲\Gamma$(h→gg)가 억제되고 $̲\Gamma$(h→γγ)가 증가한 것을 포함한다. $M_3 \lesssim 1.5$ TeV 이며 최소 조정을 가진 NMSSM에서, $m_{\tilde{t}_1} \approx 130$ GeV인 스토프 질량는 현재 LHC 제한을 우회하며 BGF를 충족시키며 무거운 글루아노를 요구하지 않는다.

ABSTRACT

The LHC discovered the Standard Model (SM) like Higgs boson with mass around 125 GeV. However, there exist hints of deviations from Higgs decays. Including the Tevatron data, the deviations can be explained by the extremely mixed stop sector in the sense of best global fit (BGF). We analyze the relations among the competing reduced coupling hGG, Higgs boson mass,and LHC stop mass m_{\wt t_1} lower bound at the tree- and one-loop level. In particular, we point out that we use the light stop running mass in the Higgs boson mass calculation while the light stop pole mass in the Higgs decays. So the gluino radiative correction on the light stop mass plays the crucial role. Its large negative correction saves the GBF in the Minimal Supersymmetric SM (MSSM) and the next to the MSSM (NMSSM) constrained by the perturbativity. Moreover, a light stop is predicted: in the MSSM if we set the gluino mass M_3\lesssim4 TeV, we have m_{\wt t_1}

연구 동기 및 목표

• 관측된 힉스 보손 질량(~125 GeV)과 힉스 붕괴 이질현상에 대한 최적의 전반적 피팅(BGF) 사이의 갈등을 해결하기 위해.
• SM 유사 힉스 보손이 무거운 데도 불구하고 MSSM과 NMSSM에서 BGF가 실현 가능한지 탐색하기 위해.
• 가벼운 스토프 쿼크가 BGF를 충족시키면서도 LHC 배제 범위를 우회할 수 있는 조건을 규명하기 위해.
• 글루아노 방사 보정이 스토프 다이폴 질량을 톰 쿼크 질량 이하로 낮추는 데서 기여하는 바를 검토하기 위해.

제안 방법

• MSSM과 NMSSM에서 힉스 질량의 1-loop 보정을 사용하며, 스토프 혼합 매개변수 $\eta_t = X_t / m_{\tilde{t}}$ 를 고려한다.
• 히iggs 질량 계산에서는 러닝 스토프 질량를, 힉스 붕괴 폭 계산에서는 다이폴 질량를 사용하며, 글루아노 방사 보정의 중요성을 강조한다.
• 표준모형(SM)에서의 힉스 붕괴 폭과의 편차를 정량화하기 위해, 축소된 결합 $c_g = \Gamma(h\to gg)/\Gamma^{\rm SM}(h\to gg)$ 와 $c_\gamma = \Gamma(h\to\gamma\gamma)/\Gamma^{\rm SM}(h\to\gamma\gamma)$ 를 사용한다.
• 7 TeV LHC에서 초기 상태 방사선(Jets)을 포함한 스토프 쿼크 쌍 생성을 시뮬레이션하기 위해 MadGraph5를 사용하며, 샤워-kt 체계에서 $x_{\rm qcut} = 30$ GeV 및 QCUT = 50 GeV를 적용한다.
• Pythia를 사용해 파르톤 샤워링, 하드론화 및 PGS를 통한 검출기 시뮬레이션을 수행하고, 신호 영역을 ATLAS의 Jets + $E_T^{\rm miss}$ 탐색 제한과 비교한다.
• Prospino2를 사용해 k-팩터를 계산하여 NLO 보정을 추정하였으며, $m_{\tilde{t}_1} \sim 130$ GeV일 경우 $K \approx 1.5$ 를 얻었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 히iggs 질량이 약 ~125 GeV임에도 불구하고 MSSM과 NMSSM에서 힉스 붕괴에 대한 최적의 전반적 피팅(BGF)이 실현 가능한가?
• RQ2 글루아노 방사 보정은 스토프 다이폴 질량에 어떤 영향을 미치며, 이를 통해 가벼운 스토프 쿼크가 BGF를 충족시킬 수 있는가?
• RQ3 최소 조정 조건 하에서 NMSSM에서 BGF와 LHC 제약 조건을 동시에 충족시키는 데 필요한 최소 스토프 질량는 얼마인가?
• RQ4 왜 질량이 $m_{\tilde{t}_1} < m_t$ 인 가벼운 스토프 쿼크가 현재 LHC 탐색을 우회할 수 있으며, 어떤 붕괴 위상도가 이를 가능하게 하는가?
• RQ5 질량이 약 130 GeV이고 $M_3 \lesssim 1.5$ TeV인 스토프 쿼크가 과도한 미세조정 없이 NMSSM에서 타당한가?

주요 결과

• 큰 음의 글루아노 방사 보정은 스토프 다이폴 질량을 크게 낮추어 러닝 질량보다 훨씬 가벼운 스토프 쿼크를 가능하게 하며, 이는 $M_3 \lesssim 4$ TeV 조건 하에서도 MSSM에서 BGF를 실현할 수 있게 한다.
• MSSM에서 $M_3 \lesssim 4$ TeV일 경우, 가벼운 스토프 질량는 $m_{\tilde{t}_1} < m_t$ 로 예측되어 직접적인 LHC 제한을 우회한다.
• 최소 조정 조건 하에서 NMSSM에서 $M_3 \simeq 1.5$ TeV일 경우 $m_{\tilde{t}_1} \simeq 130$ GeV가 되며, 이는 BGF와 LHC 제약 조건과 일치한다.
• 스토프는 주로 $\tilde{t}_1 \to c + \chi_1^0$ 붕괴를 통해 100 GeV 수준의 빈도에 가까운 LSP로 붕괴하여, Jets + $E_T^{\rm miss}$ 서명을 만들어내며 현재의 단일제트 제한을 우회한다.
• ATLAS의 4.7/fb 데이터에서 Jets + $E_T^{\rm miss}$ 탐색은 해당 시나리오를 배제하지 않으며, 신호 영역 이벤트 수(예: SRC-loo에서 15.10)는 관측된 상한선 이하이다.
• 모델은 가장 가벼운 중성미온 질량이 $100 < m_{\chi_1^0} < 130$ GeV 범위에 있음을 예측하며, 이는 타당한 암흑물질 후보와 일치한다.