[논문 리뷰] Di-photon Higgs Decay in SUSY with CP Violation

S. Hesselbach, Stefano Moretti외 2명|ArXiv.org|2007. 10. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 CP 위반의 영향을 고려한 MSSM에서 가장 가벼운 중성 힉스 보손(H₁→γγ)의 이광자 붕괴 분포비율에 미치는 영향을 조사한다. 복소 μ 매개변수를 가진 CP 위반 MSSM에서 1차 고리 계산을 통해, 가벼운 스토퍼(m̃t₁ ≈ 200 GeV)는 무거운 스토퍼(≈1 TeV)에 비해 분포비율을 50% 이상 증가시키거나 감소시킬 수 있으며, 특히 φμ ≈ 90°에서 그러한 영향이 두드러진다. 다른 스퍼파트클은 영향을 거의 미치지 못한다.

ABSTRACT

Physical Higgs particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with explicit CP violation are CP mixed states. The decay of these Higgs particles can be analysed to study the CP properties of the MSSM. In the present work we consider the di-photon channel of the lightest neutral Higgs boson for this purpose. Compared to earlier studies on effects of scalar/pseudo-scalar mixing, our analysis also investigates the effect due to Higgs-sfermion-sfermion couplings along with that of mixing. We find that a light stop may have a strong impact on the width and Branching Ratio (BR) of the decay process H1 --> gamma.gamma, whereas other light sparticles have only little influence. In some regions of the MSSM parameter space with large CP-violating phase phi-mu ~ 90 deg a light (~ 200 GeV) stop can change the di-photon BR by more than 50 % compared to the case with heavy (~ 1 TeV) stop and otherwise same MSSM parameters.

연구 동기 및 목표

• CP 위반 MSSM에서 가장 가벼운 힉스 보손(H₁→γγ)의 이광자 붕괴 분포비율에 미치는 CP 위반의 영향을 연구하기 위해.
• 붕괴 진폭에서 스칼라/표현형 혼합과 힉스-스퍼펌이온-스퍼펌이온 고리 기여를 분리하기 위해.
• 가장 가벼운 스토퍼(t̃₁)의 질량과 CP 위반 위상 φμ에 대한 H₁→γγ 분포비율의 민감도를 평가하기 위해.
• LHC가 H₁→γγ 측정을 통해 CP 보존 및 CP 위반 MSSM 시나리오를 구별할 수 있는지 판단하기 위해.
• |μ|, |Af|, tanβ와 같은 주요 초대칭 매개변수의 변화에 따른 결과의 강인성을 평가하기 위해.

제안 방법

• CP 위반 MSSM에서 힉스 질량 스펙트럼, 혼합 각도, 붕괴 폭을 계산하기 위해 공개된 Fortran 코드 CPSuperH v2를 사용하였다.
• φμ와 스토퍼 질량에 따른 BR(H₁→γγ)의 일반적 행동을 맵핑하기 위해 약 10만 개의 MSSM 매개변수 점에 대한 무작위 스캔을 수행하였다.
• fermion, sfermion, W±, 채널 힉스, 치아린오스를 포함한 1차 고리 파인먼 다이어그램을 사용하여 γγ 붕괴 진폭을 계산하였다.
• 다른 φμ 값 간의 BR 비교 시 질량 이동을 보정하기 위해, Higgs 질량 고유상태 M_H₁이 φμ에 따라 어떻게 변화하는지 추적하였다.
• 모든 MSSM 매개변수를 고정하고 M̃t₁와 φμ만 변형시켰으며, H₁과 H₂가 상당히 혼합되는 영역을 탐색하기 위해 M_H⁺를 변화시켰다.
• 무거운 스토퍼(M̃t₁ = 1 TeV)와 가벼운 스토퍼(M̃t₁ = 250 GeV, m̃t₁ ≈ 200 GeV)의 결과를 비교하여 스토퍼가 CP 위반 효과에 미치는 영향을 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CP 위반 위상 φμ는 가벼운 스퍼펌이온이 존재할 경우 MSSM에서 H₁→γγ의 분포비율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 가벼운 스토퍼(m̃t₁ ≈ 200 GeV)는 무거운 스토퍼에 비해 H₁→γγ 분포비율의 φμ 의존성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 Higgs-sfermion-sfermion 고리 다이어그램과 스칼라/표현형 혼합의 기여 중 어느 것이 H₁→γγ에서의 CP 위반 효과에 더 기여하는가?
• RQ4 LHC는 H₁→γγ 붕괴 채널을 통해 CP 보존 및 CP 위반 MSSM 시나리오를 구별할 수 있는가?
• RQ5 |μ|, |Af|, tanβ의 변화가 가벼운 스토퍼 존재 하에 H₁→γγ 분포비율의 φμ 의존성에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 질량 ≈200 GeV인 가벼운 스토퍼는 φμ ≈ 90°에서 무거운 스토퍼 사례(≈1 TeV)에 비해 H₁의 이광자 분포비율을 50% 이상 변화시킬 수 있다.
• 고질량 초대칭 입자가 존재하는 경우, W± 및 토퍼 쿼크와의 CP 위반 결합으로 인해 φμ = 90°에서 BR(H₁→γγ)가 최대 50% 증가한다.
• 가벼운 스토퍼가 존재할 경우, BR의 φμ 의존성은 단조로운 경향을 보이지 않으며, φμ ≈ 40°에서 최대에 도달하고 φμ = 180°에서 최대값의 약 50%로 감소한다.
• 스버ottom 및 스토우와 같은 다른 가벼운 스퍼파트클은 고려된 tanβ 값(최대 50)에서도 H₁→γγ 분포비율에 거의 영향을 미치지 않는다.
• φμ에 의한 물리적 힉스 질량 M_H₁의 이동은 LHC 실험적 불확도 범위(≈1–2 GeV) 내에 있어, 다양한 φμ 값 간의 BR 비교를 정당화한다.
• |Af|를 감소시키면 가벼운 스토퍼 시나리오에서 BR의 φμ 의존성이 증가하지만, |μ|를 감소시키면 전체적인 φμ 민감도가 억제된다.