[논문 리뷰] An Interesting NMSSM Scenario at the LHC and LC

D.J. Miller, Stefano Moretti|ArXiv.org|2004. 03. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 매우 가벼운 시그널-주로된 힉스 보손을 지닌 벤치마크 NMSSM 시나리오를 조사하며, LHC는 막대한 SM 배경으로 인해 이를 관측할 수 없지만, 대부분의 매개변수 공간에서 $e^+e^-$ 선형 충돌기(LC)가 힉스-스트라할룽 및 벡터 보손 융합을 통해 이를 탐지할 수 있음을 보여준다. LC의 정밀도는 MSSM을 초월한 NMSSM의 확인에 필수적이며, 특히 LHC가 강입자 붕괴로 인해 가벼운 스칼라를 놓칠 경우 더욱 중요하다.

ABSTRACT

The Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model NMSSM provides an attractive extension to the minimal supersymmetric model by including an extra Higgs singlet superfield. This extension allows one to link the Higgs-higgsino mass parameter to a vacuum expectation value of the new scalar field, thus providing a solution to the mu-problem of the MSSM. It this report, presented within the context of the LHC / LC Study Group, we examine a particularly interesting NMSSM scenario where the extra Higgs scalar is rather light. We determine LHC production cross-sections and branching ratios for the lightest scalar and find that it will be difficult to observe at the LHC. However, we show that this lightest scalar can instead be observed at an electron-positron Linear Collider for all but a small window of parameter space.

연구 동기 및 목표

• 큰 SM 배경으로 인해 LHC 탐지에 도전적인 매우 가벼운 시그널-주로된 힉스 보손을 지닌 특정 NMSSM 시나리오를 분석하기 위해.
• 미래의 $e^+e^-$ 선형 충돌기(LC)에서 이 가벼운 힉스 보손을 탐지할 수 있는지 가능성 평가하기 위해.
• LHC와 LC가 NMSSM 힉스 보존 전체를 커버하는 데 있어 상호보완적인 역할을 하는 방식을 보여주기 위해.
• LHC와 LC의 병합된 데이터를 통해 MSSM을 초월한 확장된 초대칭을 식별하는 루트맵 제공하기 위해.

제안 방법

• 고정된 파라미터 $\lambda = 0.3$, $\kappa = 0.1$, $\tan\beta = \tan\beta_s = 3$, $A_\kappa = -60$ GeV, $v = 246$ GeV를 사용한 NMSSM에서의 1-loop 힉스 질량 스펙트럼 계산을 수행한다.
• LHC에서의 생산 단면적은 글루온 융합 및 관련 생성을 통해 계산되며, 주요 붕괴 모드의 분포율은 평가된다.
• LC에서 $\sqrt{s} = 500$ 및 $800$ GeV에서 $e^+e^- \to H_1 b\bar{b}$ 및 $e^+e^- \to H_1 A_2$의 단면적을 계산하며, $W$-융합 및 힉스-스트라할룽 과정을 포함한다.
• 상태 공간 억제 효과를 포함하고, 편미분 보존 $A_2$의 고정된 폭 1 GeV을 가정하여 단면적을 추정한다.
• 모델의 매개변수 공간은 무거운 힉스 보존의 질량 척도인 $M_A$에 대해 스캔하여 물리적 범위 내에서 감도를 평가한다.
• 히iggs 질량에 대한 합 규칙을 사용하여, LEP에서 경량 스칼라를 탐지하지 못한 경우 $M_A$를 제약하며, 이는 $\mu \tan\beta$와 연결된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 SM 배경으로 인해 LHC에서 탐지가 어려운 NMSSM의 가벼운 시그널-주로된 힉스 보손은 실제로 탐지 가능한가?
• RQ2 LHC와 LC에서 가장 가벼운 힉스 보존의 주요 생성 메커니즘과 분포율은 무엇인가?
• RQ3 언제 $e^+e^-$ 선형 충돌기가 LHC보다 경량 힉스 보손에 대해 더 뛰어난 탐지 가능성을 제공하는가?
• RQ4 특히 $M_A$와 같은 무거운 힉스 보존의 질량이 양측 충돌기에서 경량 스칼라의 탐지 범위에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ5 만약 LHC에서 경량 스칼라를 놓쳤을 경우, LC는 복잡한 힉스 상태의 분리나 놓친 탐지의 확인에 핵심적인 정보를 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 이 NMSSM 시나리오에서 가장 가벼운 스칼라 힉스 보손의 질량은 약 120–140 GeV이며, 주로 시그널-주로된 것으로 나타나며, 분포율은 주로 강입자 붕괴에 의해 지배된다.
• LHC에서는 생산 단면적이 뚜렷하지만, 최종 상태는 SM QCD 배경으로 인해 뒤덮여 관측이 매우 어려운 편이다.
• LC에서 $\sqrt{s} = 800$ GeV일 경우, $H_1 A_2$ 채널로 인해 $e^+e^- \to H_1 b\bar{b}$의 연계 생성 단면적이 증가하지만, 특히 $M_A \sim 460$ GeV 영역에서는 여전히 실용적인 탐지에 부족한 수준이다.
• LC에서 힉스-스트라할룽 및 $W$-융합 과정을 통해 대부분의 $M_A$ 범위에서 $H_1$ 스칼라를 관측할 수 있으나, $M_A \approx 490$ GeV 근처의 좁은 창문에서는 쿠퍼링이 사라지므로 예외가 된다.
• 만약 LHC에서 경량 스칼라를 놓쳤을 경우, LC는 트리거 및 배경 제거에 필수적인 정보를 제공할 수 있으며, 특히 MSSM 유사 힉스 보존과 거의 딱 맞는 경우에 유용하다.
• 작은 $\kappa v_s$의 경우, LEP에서 경량 스칼라를 탐지하지 못하도록 하기 위한 조건은 $M_A \approx \mu \tan\beta$를 의미하며, 이는 더 무거운 힉스 상태의 질량 제약을 제공하고 LHC 탐색에 도움이 된다.