[논문 리뷰] Implications of Higgs Sterility for the Higgs and Stop Sectors

J. Guo, Zhaofeng Kang외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 MSSM 및 NMSSM에서 126 GeV에서의 매우 SM 유사(무색) 힉스 보손이 힉스 및 스토퍼 섹터에 미치는 영향을 조사한다. MSSM에서는 쌍극자-쌍극자 혼합으로 인해 힉스 무색성으로 인해 $ M_A \gtrsim 900 $ GeV의 하한선이 발생하며, 높은 힉스 질량으로 인해 스토퍼 질량은 제약을 받지 않는다. 반면 NMSSM에서는 가벼운 스토퍼로 인해 힉스 무색성이 스토퍼 섹터를 크게 제약하며, 스토퍼-스버ottom 붕괴를 통해 같은 전하의 렙톤 및 다중 제트와 같은 새로운 LHC 서명을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The LHC data implies that the newly discovered Higgs boson h may be sterile (highly SM-like). In supersymmetric SMs (SSMs), Higgs couplings are often modified by Higgs mixing and stop loop corrections, so we study the Higgs sterility in the Higgs and stop sectors in two SSMs: (I) The Minimal SSM (MSSM). In the nearly decoupling region, the doublet-doublet mixing effect can only enhance C_{hb\bar b} by 2m_Z^2/M_A^2. Sterility places M_A\gtrsim 900 GeV. But it hardly constrains the stop sector due to the heaviness of Higgs boson mass m_h; (II) The next to MSSM(NMSSM). In the presence of doublet-singlet mixing, the mixing structure is complicated. We find a simple approximation to understand Higgs sterility and its implications, says the amount of pushing-up m_h\lesssim 5 GeV while the pulling-down scenario is favored. Stops can be light here, so Higgs sterility significantly constrains them directly and indirectly except for blind spots. We also study the LHC features of the whole stop sector facing a sterile Higgs and find that, in virtue of decays between stops and sbottom, characteristic signatures like same-sign leptons and multi b-jets are promising probes.

연구 동기 및 목표

• 126 GeV에서의 매우 SM 유사(무색) 힉스 보손이 초대칭 모델에서 힉스 및 스토퍼 섹터에 미치는 제약를 분석하기 위해.
• 쌍극자-쌍극자 및 쌍극자-싱귤러 혼합이 힉스 결합 및 질량 예측을 어떻게 수정하는지 조사하기 위해.
• 힌스 무색성이 스토퍼 섹터 현상학에 미치는 영향, 특히 LHC 탐지 가능성의 맥락에서 평가하기 위해.
• 무색 힉스 조건 하에서 스토퍼 및 스버ottom 붕괴에서 유래하는 특징적인 LHC 서명을 식별하기 위해.

제안 방법

• MSSM에서 쌍극자-쌍극자 혼합의 영향을 분석적으로 연구하며, $ 1/M_A^2 $ 감쇠 효과에 초점을 맞춘다.
• NMSSM에서의 쌍극자-싱귤러 혼합을 모델링하기 위해 단순화된 근사법을 사용하고, $ m_h $ 및 힉스 결합에 미치는 영향을 분석한다.
• 실험 관측치와 관련된 감소된 결합 $ r_{i,X} $ 를 사용하여 힉스 신호 강도 비율 $ R_{gg}^{H_i}(X) $ 를 유도한다.
• $ (\widetilde{t}_R, \widetilde{t}_L) $ 기저에서 스토퍼 질량 제곱 행렬을 구성하고, 대각화를 통해 질량 고유상태를 계산한다.
• 스토퍼 혼합 각도 $ \theta_{\widetilde{t}} $ 와 그 $ A_t $, $ \mu $, $ \tan\beta $ 에 대한 의존성을 평가한다.
• 스토퍼-스버ottom 연쇄 붕괴에서의 LHC 서명에 대한 초보적 분석을 수행하며, 같은 전하의 렙톤 및 다중 b-제트 최종 상태에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에서 힉스 무색성은 편미분자 질량 $ M_A $ 에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ2 힌스 무색성 하에서 NMSSM의 쌍극자-싱귤러 혼합은 힉스 질량과 결합에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 NMSSM에서 힉스 무색성과 일치하면서도 스토퍼 섹터는 얼마나 가벼울 수 있는가?
• RQ4 무색 힉스 존재 하에서 스토퍼 및 스버ottom을 포함한 주요 붕괴 체인은 무엇인가?
• RQ5 무색 힉스 조건 하에서 스토퍼 섹터를 탐지하기 위해 가장 유망한 LHC 서명은 무엇인가?

주요 결과

• MSSM에서는 쌍극자-쌍극자 혼합으로 인해 힉스 무색성이 $ M_A \gtrsim 900 $ GeV의 하한선을 요구하며, 혼합 효과는 $ 2m_Z^2/M_A^2 $ 로 감쇠된다.
• MSSM에서 스토퍼 섹터는 높은 힉스 질량으로 인해 힉스 무색성으로 인한 제약를 거의 받지 않으며, 극한의 경우를 제외하면 그렇다.
• NMSSM에서는 쌍극자-싱귤러 혼합이 $ m_h $ 를 높이거나 낮출 수 있으며, 이 변화는 힉스 무색성 제약에 의해 제한된다.
• NMSSM에서 가벼운 스토퍼는 힉스 무색성으로 인해 직접적이고 간접적으로 크게 제약받으며, 눈멀은 점을 제외하고는 그렇다.
• NMSSM에서의 스토퍼-스버ottom 붕괴는 같은 전하의 렙톤 및 다중 b-제트 최종 상태를 포함한 특징적인 LHC 서명을 이끈다.
• 이 서명들은 무색 힉스 보손을 가진 모델에서 스토퍼 섹터를 탐지하기 위한 유망한 수단을 제공한다.