[논문 리뷰] BMSSM Higgs Bosons at the Tevatron and the LHC

Marcela Carena, Eduardo Pontón외 1명|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|2010. 05. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 확장된 초대칭 모델(BMSSM)에서 고차원 연산자가 힉스 섹터를 어떻게 변화시키는지 조사하며, 테바트론과 LHC에서의 별개의 콜라이더 현상학을 이끌어내는 바, TeV 스케일의 물리가 통합될 때 $1/M^2$ 보정이 커져 MSSM을 초월해 힉스 질량과 결합을 이동시키며, 이는 초유의 붕괴 체인과 강화된 게이지 보손 붕괴를 가능하게 하여 MSSM을 초월한 새로운 물리의 명확한 신호를 제공한다.

ABSTRACT

We study extensions of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with new degrees of freedom that couple sizably to the MSSM Higgs sector and lie in the TeV range. After integrating out the physics at the TeV scale, the resulting Higgs spectrum can significantly differ from typical supersymmetric scenarios, thereby providing a window Beyond the MSSM (BMSSM). Taking into account current LEP and Tevatron constraints, we perform an in-depth analysis of the Higgs collider phenomenology and explore distinctive characteristics of our scenario with respect to both the Standard Model and the MSSM. We propose benchmark scenarios to illustrate specific features of BMSSM Higgs searches at the Tevatron and the LHC.

연구 동기 및 목표

• 확장된 MSSM(BMSSM)에서의 고차원 연산자가 최소 초대칭 표준 모형(MSSM)을 초월해 힉스 섹터를 어떻게 수정하는지 탐구하기.
• 효과적인 장 이론 접근법을 사용하여 TeV 스케일의 새로운 물리가 힉스 질량, 결합 및 붕괴 패턴에 미치는 영향 평가하기.
• 특히 테바트론과 LHC에서의 특징적인 콜라이더 서명을 식별하여 SM 및 MSSM과의 차이를 구분하기.
• 비표준 힉스 보손이 새로운 붕괴 체인과 생성 모드를 통해 어떻게 탐지될 수 있는지 보여주는 벤치마크 시나리오 정의하기.
• LEP 및 테바트론 제약 조건 하에서 현재 및 향후 콜라이더 검색의 한계 평가하기, 특히 $WW$, $b\bar{b}$, 및 $\tau\bar{\tau}$ 채널에서의 성능 분석하기.

제안 방법

• TeV 스케일 물리가 통합된 효과적 장 이론(EFT) 프레임워크를 사용하여, 결과 보정을 $1/M$의 거듭제곱으로 다루며, 여기서 $M$은 무거운 스케일이다.
• 히iggs 포텐셜에 $1/M$ 및 $1/M^2$ 보정을 포함하며, 나무 수준 MSSM의 4차 상호작용 상수가 작기 때문에 후자의 보정이 정량적으로 중요하다는 것을 발견.
• 결과 힉스 스펙트럼을 분석하기 위해 이중 힉스 이중체 모델(2HDM) 프레임워크를 사용하며, 특히 CP-짝성 및 CP-홀드 힉스 상태에 집중.
• LEP 및 테바트론 제약 조건을 만족하는 가용 시나리오를 식별하기 위해 고차원 연산자의 매개변수 공간에 대한 전반적 스캔 수행.
• $10~{\rm fb}^{-1}$ 루미너시와 $WW$, $b\bar{b}$, $\tau\bar{\tau}$ 채널에서의 효율성 향상으로 테바트론 감도를 투영.
• 특히 CP-짝성 섹터에서 큰 혼합이 있는 경우와 비표준 붕괴 체인($h \to AA$ 또는 $H \to AA$)이 있는 경우에 LHC의 힉스 신호 탐색 능력 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TeV 스케일의 새로운 물리에서 기인한 $1/M^2$ 보정이 MSSM을 초월해 힉스 질량 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 BMSSM에서 MSSM에 존재하지 않는 특징적인 콜라이더 신호는 무엇이며, 특히 $WW$, $b\bar{b}$, 및 $\tau\bar{\tau}$ 붕괴 채널에서 어떤가?
• RQ3 큰 $\tan\beta$ 증폭 없이도 $h \to AA$와 같은 비표준 붕괴 체인이 가능할 수 있는가? 비표준 힉스 보손은 이러한 체인을 통해 탐지될 수 있는가?
• RQ4 빛의 CP-짝성 힉스가 180 GeV를 초과할 경우, 테바트론과 LHC는 BMSSM 힉스 시나리오를 어느 정도 탐색할 수 있는가?
• RQ5 CP-짝성 힉스 섹터의 혼합 효과는 두 힉스 보손이 모두 $W$ 또는 $Z$ 게이지 보손으로 붕괴하게 하여 관측 가능한 이전자리프 피크를 생성하는 데 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• $1/M^2$ 보정은 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 질량을 수십 GeV만큼 이동시켜 MSSM과 비교해 생산 및 붕괴 패턴을 크게 변화시킨다.
• 벤치마크 시나리오에서는 두 CP-짝성 힉스 보손 모두 $W^+W^-$ 또는 $ZZ$로 상당한 붕괴 분율을 가지며, 이는 이전자리프 질량 분포에서 두 개의 별개 피크를 생성한다.
• 낮은 $\tan\beta$ 영역에서도 $h \to AA$ 또는 $H \to AA$와 같은 비표준 붕괴 체인이 가능하여, $\tan\beta$ 증폭 없이도 2HDM 힉스 섹터를 완전히 재구성할 수 있다.
• 테바트론의 $b\bar{b}$ 및 $WW$ 채널은 특히 효율성이 50% 향상된 경우, 대체로 큰 $\tan\beta$ 영역에서 광범위한 BMSSM 모델을 탐색할 수 있다.
• BMSSM의 힉스 신호는 MSSM과 현저히 다를 수 있으며, 만약 가벼운 제3세대 스쿼크가 관측된다면 이는 BMSSM 물리의 강력한 증거가 될 것이다.
• LHC는 무거운 물리가 직접적으로 관측되지 않더라도, 강화된 게이지 결합 및 비표준 붕괴가 있는 경우, 180 GeV 이상의 힉스 질량을 탐색할 것으로 예상된다.