[논문 리뷰] Higgs self-coupling in the MSSM and NMSSM after the LHC Run 1

Lei Wu, Jin Min Yang외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 LHC 런-1 데이터 제약 조건을 활용하여 MSSM 및 NMSSM에서 삼중형 힉스 자기결합을 조사한다. MSSM에서는 자기결합이 표준모형(SM) 값의 3% 이내로 엄격히 제약을 받는다. 반면 λ < 0.7인 NMSSM에서는 싱เก트-드ับ렛 혼합으로 인해 큰 억제(최소 10%)가 발생한다. λ > 0.7인 경우, 허용 가능한 편차는 ±110%까지 가능하여 향후 실험가 이러한 시나리오를 테스트하는 데 필수적이다.

ABSTRACT

Measuring the Higgs self-coupling is one of the crucial physics goals at the LHC Run-2 and other future colliders. In this work, we attempt to figure out the size of SUSY effects on the trilinear self-coupling of the 125 GeV Higgs boson in the MSSM and NMSSM after the LHC Run-1. Taking account of current experimental constraints, such as the Higgs data, flavor constraints, electroweak precision observables and dark matter detections, we obtain the observations: (1) In the MSSM, the ratio of $λ^{MSSM}_{3h}/λ^{SM}_{3h}$ has been tightly constrained by the LHC data, which can be only slightly smaller than 1 and minimally reach 97\%; (2) In the NMSSM with $λ&lt;0.7$, a sizable reduction of $λ^{NMSSM}_{3h_2}/λ^{SM}_{3h_2}$ can occur and minimally reach 10\% when the lightest CP-even Higgs boson mass $m_{h_1}$ is close to the SM-like Higgs boson $m_{h_2}$ due to the large mixing angle between the singlet and doublet Higgs bosons; (3) In the NMSSM with $λ&gt;0.7$, a large enhancement or reduction $-1.1

연구 동기 및 목표

• LHC 런-1 실험 제약 조건이 MSSM 및 NMSSM에서 삼중형 힉스 자기결합에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 현재 실험 제약 조건 하에서 힉스 자기결합 비율 λ³ₕᴹˢᴹ/λ³ₕˢᴹ 및 λ³ₕᴺᴹˢᴹ/λ³ₕˢᴹ의 허용 범위를 규명하는 것.
• λ > 0.7인 NMSSM에서의 관측 가능 서명, 특히 공명 생성 및 결합 편차를 식별하는 것.
• 향후 실험, 예를 들어 HL-LHC 및 ILC의 감도가 NMSSM이 예측하는 힉스 자기결합의 큰 편차를 탐지하는 데 얼마나 기여하는지 평가하는 것.

제안 방법

• Higgs 신호 강도, 플레버 물리, 전자약력 정밀 관측량, 암흑물질 잔류 밀도 등의 제약 조건을 통합하여 MSSM 및 NMSSM 매개변수 공간에 대한 전반적 스캔을 수행한다.
• 효과적 포텐셜 및 파인먼 도형 접근법을 사용하여 두 모델에서 힉스 자기결합의 양자 보정을 계산한다.
• 엄격한 실험 제약 조건 적용: LHC 힉스 데이터(특히 H→ττ, H→bb, H→γγ 포함), 직접적인 스탑 및 힉스 보손 탐색, B-물리 관측량, 암흑물질 탐지 제약 조건.
• 125 GeV에서의 SM 유사 힉스 보손에 초점을 맞추며, NMSSM에서 최경기 CP-짝성 힉스(h₁)와 두 번째 CP-짝성 상태(h₂)를 구분한다.
• 특히 NMSSM의 λ < 0.7 및 λ > 0.7 영역에서 싱게트와 듀엣 힉스 성분 간 혼합이 자기결합을 어떻게 변화시키는지 분석한다.
• h₂의 조성과 질량 의존성에 따라 이중 힉스 최종 상태에서의 공명적 h₂ 생성 가능성을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 런-1 이후 모든 현재 실험 제약 조건을 고려할 때 MSSM에서 삼중형 힉스 자기결합은 얼마나 제약을 받는가?
• RQ2 λ < 0.7인 NMSSM에서 힉스 자기결합 비율의 최대 억제 또는 증폭 수준는 얼마이며, 이를 가능하게 하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 λ > 0.7인 NMSSM에서 힉스 자기결합의 큰 편차는 어떻게 발생하며, 페르미온 및 게이지 보손과의 결합에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 향후 실험, 예를 들어 HL-LHC 또는 ILC는 NMSSM이 예측하는 힉스 자기결합의 큰 편차를 탐지할 수 있는가?
• RQ5 힉스 혼합과 공명 생성은 NMSSM의 물리적 타당성과 검증 가능성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• MSSM에서는 삼중형 힉스 자기결합 비율이 SM 값의 97% 이상으로 제약을 받으며, 최소한의 편차를 보인다.
• λ < 0.7인 NMSSM에서는 mₕ₁ ≈ mₕ₂일 때 싱게트-드ับ렛 힉스 성분 간 큰 혼합으로 인해 자기결합 비율이 최소 10%까지 낮아질 수 있다.
• λ > 0.7인 NMSSM에서는 자기결합 비율이 -1.1에서 1.9 사이로 변동 가능하여, 큰 증폭 또는 억제가 가능함을 시사한다.
• λ < 0.7인 NMSSM에서 SM 유사 힉스 보손(h₂)의 W 및 Z 보손과의 결합은 억제되며, 반면 광자 및 글루온에 대한 루프 유도 결합은 증가할 수 있다.
• λ > 0.7인 NMSSM에서는 h₁ → τ⁺τ⁻ 결합이 SM 예측에서 크게 벗어나며, 정밀 측정을 통해 조기 탐지가 가능하다.
• mₕ₂ > 2mₕ₁일 경우 이중 힉스 최종 상태에서 h₂의 공명 생성이 가능하여, LHC에서 모델을 직접 탐사할 수 있는 기회를 제공한다.