[논문 리뷰] Higgs bosons in the NMSSM with exact and slightly broken PQ-symmetry

D.J. Miller, Stefano Moretti외 1명|ArXiv.org|2005. 01. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 정확하거나 약간의 위반을 겪는 Peccei-Quinn (PQ) 대칭성 하에서 다음 최소 초대칭 표준모형(NMSSM)의 힉스 섹터를 조사하며, 진공 안정성과 LEP 제약 조건이 편성 힉스 보손 질량 $m_A$와 $\mu\tan\beta$ 사이에 강한 상관관계를 부과함을 보여주어, 무거운 힉스 상태가 관측되지 않더라도 NMSSM과 MSSM을 구별할 수 있는 유일한 서명을 가능하게 한다. 가장 가벼운 CP-짝성 및 CP-홀수 힉스 보손은 주로 싱เก렛 상태이며, 그들의 질량은 $\kappa/\lambda \cdot \mu$에 의해 결정되며, Z 보손과의 결합이 억제되어 있어 조건이 가벼운데도 불구하고 LEP 탐지에서 회피된다.

ABSTRACT

We explore the Higgs sector of the NMSSM in the limit when the Peccei--Quinn symmetry is exact or only slightly broken. In this case the Higgs spectrum has a hierarchical structure which is caused by the stability of the physical vacuum. We find a strong correlation between the parameters of the NMSSM if $κ=0$ or $κ\lesssim λ^2$. It allows one to distinguish the NMSSM with exact or softly broken PQ-symmetry from the MSSM even when extra scalar and pseudoscalar Higgs states escape direct detection.

연구 동기 및 목표

• 정확하거나 약간 위반된 Peccei-Quinn (PQ) 대칭성 하에서 NMSSM의 힉스 섹터를 탐색한다.
• 추가 힉스 상태가 직접 관측되지 않더라도 NMSSM과 MSSM을 구별할 수 있는 특징적인 서명을 규명한다.
• PQ 대칭성과 함께 NMSSM의 매개변수 공간에 진공 안정성과 LEP 실험 제약 조건이 미치는 영향을 분석한다.
• $\kappa$ 매개변수가 힉스 스펙트럼을 분리하고 진공을 안정화시키는 데서 수행하는 역할을 규명한다.

제안 방법

• 초위상 $W = \lambda S(H_1\epsilon H_2) + \frac{1}{3}\kappa S^3$를 포함한 NMSSM의 고리 수준 힉스 포텐셜을 분석하며, $F$, $D$, 및 소프트-브레이킹 항을 포함한다.
• 정확한 PQ 대칭성의 극한인 $\kappa = 0$과 약간 위반된 PQ 대칭성의 극한인 $\kappa \ll \lambda^2$를 연구하여 진공 안정성과 질량 계층을 평가한다.
• 경계선에서의 Z 보손과 경량 힉스 상태 간의 결합에 대한 LEP 제약 조건을 적용하여 타당한 매개변수 영역을 결정한다.
• Z 보손과의 힉스 결합에 대한 합 규칙을 사용하여, 경량의 CP-짝성 및 CP-홀수 힉스 보손이 탐지되지 않도록 하기 위해 결합을 억제해야 한다는 점을 보여준다.
• 소규모 $\kappa$ 값이 NMSSM 동역학으로부터 자연스럽게 유도될 수 있는지 평가하기 위해 양자역학적 흐름을 평가한다.
• 경량 및 무거운 힉스 상태 간의 질량 분리 구조를 유도하며, 무거운 상태는 $m_A \approx \mu\tan\beta$에서 디지털화되어 있음을 밝힌다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정확하거나 약간 위반된 Peccei-Quinn 대칭성 하에서 NMSSM의 힉스 스펙트럼은 어떻게 행동하는가?
• RQ2 만약 $\kappa = 0$ 또는 $\kappa \ll \lambda^2$일 경우, 진공 안정성이 NMSSM 매개변수 공간에 어떤 제약 조건을 가하는가?
• RQ3 추가 힉스 상태가 충돌기에서 발견되지 않는다면, NMSSM은 MSSM과 어떻게 구별될 수 있는가?
• RQ4 $\kappa/\lambda \cdot \mu$ 조합이 가장 가벼운 힉스 보손 질량을 결정하는 데서 수행하는 역할은 무엇인가?
• RQ5 Z 보손과의 결합에 대한 LEP 제약 조건은 PQ 대칭성 NMSSM에서 경량 힉스 상태의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 정확한 PQ 대칭성 극한($\kappa = 0$)에서, 가장 가벼운 CP-짝성 및 CP-홀수 힉스 보손은 주로 싱게렛 상태이며, 그들의 질량은 $\kappa/\lambda \cdot \mu$ 조합에 의해 결정되며, $\kappa = 0$일 경우 이 값은 0이 된다.
• 진공 안정성과 LEP 제약 조건은 무거운 힉스 상태—특히 편성 보손 $A$와 채널 보손—이 질량 $m_A \approx \mu\tan\beta$에서 거의 디지털화되어 있음을 요구하여 $m_A$와 $\mu\tan\beta$ 사이에 강한 상관관계를 형성한다.
• 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손은 Z 보손과의 상호작용이 매우 억제되어 있어, LEP 배제 한계 이하의 질량을 가질 수 있으며, 이는 조건이 가벼운데도 불구하고 탐지에서 회피될 수 있음을 허용한다.
• 가장 가벼운 CP-홀수 힉스 보손의 Z 보손과의 결합은 항상 작으며, 이는 LHC와 같은 충돌기에서의 탐지 가능성까지 더욱 감소시킨다.
• 무거운 힉스 상태가 관측되지 않더라도, 두 개의 경량 스칼라와 한 개의 경량 편성 힉스 보손이 존재하는 것은 약간 위반된 PQ 대칭성을 가진 NMSSM의 특징적인 서명이 될 수 있다.
• 강한 상관관계인 $m_A$와 $\mu\tan\beta$는 중량 힉스 상태의 직접 발견이 없더라도 NMSSM과 MSSM을 구별할 수 있는 고유한 '단서' 서명을 제공한다.