[논문 리뷰] Higgs Sector of Non-minimal Supersymmetric Models at Future Hadron Colliders

C. Hugonie, Stefano Moretti|arXiv (Cornell University)|2001. 10. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 향후 하드론 충돌기에서 비최소 초대칭 모델인 NMSSM 및 nMSSM에서 추가 힉스 보손의 발견 가능성을 조사한다. 일관된 연속성-초대칭(SUSY) 붕괴 프레임워크를 사용하고 115 GeV의 CP-짝성 힉스를 가정할 때, 단일 상태와 유사한 힉스 상태(특히 CP-짝성 $S_r$)는 테바트론과 LHC에서 검출 가능하며, LHC는 질량이 약 ~600 GeV 이하일 경우 세 개의 힉스 상태를 포함해 검출할 수 있다. 이 중 CP-홀드 단일 상태 $S_i$가 포함된다.

ABSTRACT

We investigate the potential of current and planned hadron colliders operating at the TeV scale in disentangling the structure of the Higgs sector of non-minimal Supersymmetric extensions of the Standard Model with an extra gauge singlet. We assume universality of the soft Supersymmetry breaking terms at the GUT scale as well as a CP-even Higgs boson with mass around 115 GeV, as suggested by LEP. We find that mixing angles between the doublet and singlet Higgs states are always small. However, concrete prospects exist at both the Tevatron (Run II) and the Large Hadron Collider of detecting at least one neutral Higgs state with a dominant singlet component, in addition to those available from a doublet Higgs sector which is similar to the one of the Minimal Supersymmetric Standard Model.

연구 동기 및 목표

• 미래의 하드론 충돌기에서 비최소 초대칭 모델의 확장된 힉스 섹터의 발견 가능성을 평가하기 위해.
• 특히 CP-짝성 $S_r$와 CP-홀드 $S_i$와 같은 단일 상태 유사 힉스 상태가 작은 혼합 각도 조건에서도 관측 가능할 수 있는지 판단하기 위해.
• 일관된 연속성-초대칭(SUSY) 붕괴 조건 하에서 Tevatron(Run II)과 LHC(14 TeV)의 감도를 평가하기 위해.
• LEP가 제안한 것처럼, 약한 보존 보손과의 결합을 갖는 115 GeV의 CP-짝성 힉스가 추가 힉스 상태의 가시성에 영향을 주는지 조사하기 위해.
• 단일 상태 힉스 상태가 싱글리노($\tilde{S}$)로 붕괴하는 경우 이들이 가시성을 저하시키는지, 그리고 검출 가능한 붕태 채널이 지배적인지 조사하기 위해.

제안 방법

• GUT 스케일에서의 일관된 연속성-초대칭(SUSY) 붕괴 항목을 사용하여 NMSSM 및 nMSSM의 매개변수 공간을 수치적으로 스캔하기 위해.
• GUT 스케일에서 약한 스케일까지의 양자역학적 군 방정식(RGEs)을 해결하여 물리적 질량과 결합 상수를 결정하기 위해.
• 두 번째 순서 효과적 힉스 포텐셜 최소화를 통해 진공 기대값과 물리적 힉스 질량을 계산하기 위해.
• 실험적 제약 조건 적용, 즉 LEP에서의 힉스 질량 및 결합 상수 제약 조건을 포함하고, 약한 보존 보손과의 결합을 갖는 115 GeV의 CP-짝성 힉스를 요구하기 위해.
• Tevatron 및 LHC에서 글루온 융합, 힉스-스트라할링, 보존 보손 융합, 무거운 쿼크 연관 생성을 통한 직접 힉스 생성 시뮬레이션을 수행하기 위해.
• 이벤트 수 추정치(예: 100건 이상)를 사용하여 매개변수 공간 전반에서 각 힉스 상태의 가시성 임계값을 결정하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CP-짝성 단일 상태 힉스 $S_r$는 테바트론(Run II)과 LHC에서 검출 가능한가? 질량 및 결합 조건은 어떠한가?
• RQ2 Tevatron 및 LHC에서 CP-홀드 단일 상태 힉스 $S_i$의 가시성은 어떠한가? 모델 매개변수에 따라 생산 방식은 어떻게 달라지는가?
• RQ3 이중 상태와 단일 상태 힉스 상태 간의 혼합 각도가 NMSSM 및 nMSSM에서 단일 상태 유사 힉스 상태의 검출 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 싱글리노($\tilde{S}$)로의 붕괴 모드가 단일 상태 힉스 상태의 가시성을 얼마나 억제하는가? 그리고 검출 가능한 붕괴 채널이 지배적인가?
• RQ5 LHC는 높은 루미너스와 중심질량 에너지를 갖추고 있어, 비단일 상태($H_u$, $H_d$, $A$)와 단일 상태($S_r$, $S_i$)를 포함한 전체 중성 힉스 스펙트럼을 해상도를 갖고 식별할 수 있는가?

주요 결과

• 연구된 모델에서 이중 상태와 단일 상태 힉스 상태 간의 혼합 각도는 항상 작으며, 약한 혼합을 나타낸다.
• Tevatron에서 CP-짝성 단일 상태 힉스 $S_r$는 질량이 약 ~200 GeV 이하이고 결합 상수 $\lambda$가 너무 작지 않은 경우 검출 가능하다.
• LHC에서는 CP-짝성 단일 상태 $S_r$가 질량이 약 ~600 GeV 이하일 경우 검출 가능하며, NMSSM의 대부분의 매개변수 공간을 커버한다.
• CP-홀드 단일 상태 $S_i$는 LHC에서 상당 부분의 매개변수 공간에서 검출 가능하며, 특히 NMSSM에서 그러한 경향이 뚜렷하다.
• LHC는 높은 중심질량 에너지와 루미너스 덕분에 비단일 상태 힉스 상태($H_u$, $H_d$, $A$)를 최소 세 개 이상 검출할 것으로 기대된다.
• 이벤트 수 플롯에서 높은 점 밀도가 존재하더라도, Tevatron에서 $S_r$ 검색에 대해 가시성이 없는 영역이 여전히 가시 영역 뒤에 존재하며, 이는 $S_r$ 검색이 전체 매개변수 공간을 커버하지 못한다는 것을 시사한다.