[논문 리뷰] Lightest Higgs boson masses in the R-parity violating supersymmetry

Marek Góźdź|arXiv (Cornell University)|2012. 01. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 R-포탄 위반 최소 초대칭 중력 모형(RpV mSUGRA)에서 가장 가벼운 힉스 보손 질량을 조사하며, LHC/테바트론 관측치인 120–140 GeV 범위와 일치하는 다양한 매개변수 조합이 존재함을 보여주고 있다. 특히 Λ₀ ≈ 10⁻⁴일 때 R-포탄 위반 쌍함수의 영향이 명백하지만 지배적이지 않은 조건에서, m_h⁰ ≈ 125 GeV를 만족하는 17개의 후보 점이 얻어진다. 연구는 특히 높은 tanβ와 A₀ 값에서, R-포탄 위반 쌍함수의 영향을 받더라도 힉스 질량이 안정된 매개변수 영역을 규명하였다.

ABSTRACT

The first results on the searches of the Higgs boson appeared this Summer from the LHC and Tevatron groups, and has been recently backed up by the ATLAS and CMS experiments taking data at CERN's LHC. Even though the excitement that this particle has been detected is still premature, the new data constrain the mass of the lightest Higgs boson $m_{h^0}$ to a very narrow 120-140 GeV region with a possible peak at approximately 125 GeV. In this communication we shortly present the Higgs sector in a minimal supergravity model with broken R-parity. Imposing the constraint on $m_{h^0}$ we show that there is a relatively large set of free parameters of the model, for which that constraint is fulfilled. We indetify also points which result in the lightest Higgs boson mass being approximately 125 GeV. Also the dependence on the magnitude of the R-parity admixture to the model is discussed.

연구 동기 및 목표

• 관측된 힉스 보손 질량이 약 125 GeV인 데에 맞는 R-포탄 위반 최소 초대칭 중력 모형(RpV mSUGRA)의 타당성을 평가하기 위해.
• RpV mSUGRA 모형에서 가벼운 힉스 보손 질량이 120–140 GeV 범위 내에 들어가는 자유 매개변수의 집합을 규명하기 위해.
• R-포탄 위반 쌍함수의 크기, 특히 Λ₀에 따른 힉스 질량의 의존성을 검토하기 위해.
• RpV 매개변수의 변화에 따라 m_h⁰ ≈ 125 GeV가 되는 안정적이고 정밀 조정된 해가 존재하는지 확인하기 위해.
• 표준 LHC 배제 기준이 R-포탄 보존을 가정하지만, R-포탄 위반 모형과의 호환성을 평가하기 위해.

제안 방법

• R-포탄 보존(RpC) 및 R-포탄 위반(RpV) 항을 포함한 R-포탄 위반 초대칭 중력 모형을 사용하며, 초대칭 중력 모형의 기본 구조를 유지한다.
• 완전한 1차 순환 양자역학적 군 방정식과 질량 행렬의 대각화를 적용하여 힉스 섹터 스펙트럼을 계산한다.
• 가장 가벼운 힉스 보손 질량에 대한 제약 조건을 적용: 120 GeV ≤ m_h⁰ ≤ 140 GeV이며, 특히 m_h⁰ ≈ 125 GeV에 초점을 맞춘다.
• 핵심 모형 매개변수인 A₀, tanβ, Λ₀(R-포탄 위반 쌍함수)를 변화시키며, 나머지 소프트 브레이킹 항은 고정한다.
• 매개변수 공간 전체에 걸쳐 수치적 스캔을 수행하고, 관측된 힉스 질량과 실험적 불확도 내에서 일치하는 점들을 식별한다.
• m_h⁰가 RpV 쌍함수 강도 변화에 얼마나 민감한지 분석하며, RpV 쌍함수 강도 변화에 대한 안정성에 따라 해를 분류한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RpV mSUGRA 모형에서 가장 가벼운 힉스 보손 질량이 LHC 및 테바트론에서 관측된 120–140 GeV 범위와 일치하는 매개변수 공간은 어디인가?
• RQ2 R-포탄 위반 쌍함수 Λ₀는 힉스 보손 질량에 어떤 영향을 미치며, Λ₀의 어떤 범위에서 125 GeV 근처의 물리적 힉스 질량이 유지되는가?
• RQ3 RpV mSUGRA 모형에서 Λ₀ 값의 변화에 걸쳐 m_h⁰ ≈ 125 GeV를 만족하는 안정적이고 정밀 조정된 해가 존재하는가?
• RQ4 높은 tanβ와 A₀ 값은 RpV 프레임워크에서 관측된 힉스 질량을 달성할 가능성을 어떻게 증가시키는가?
• RQ5 R-포탄 보존을 전제로 한 표준 LHC 배제 기준이 R-포탄 위반 모형에 얼마나 적용 가능한가?

주요 결과

• RpV mSUGRA 모형에서 자유 매개변수의 상대적으로 큰 집합이 120–140 GeV 범위 내에서 가장 가벼운 힉스 보손 질량을 생성하며, 초기 LHC 및 테바트론 데이터와 일치한다.
• m_h⁰ ≈ 125 GeV로 제약 조건을 둘 경우 允가 가능한 매개변수 공간은 17개의 후보 점으로 좁혀지며, 이는 표 2에 나열되어 있으며, 특히 높은 tanβ와 A₀ 값이 선호된다.
• m_h⁰ ≈ 125 GeV인 해는 R-포탄 위반 쌍함수 강도가 Λ₀ ≈ 10⁻⁴일 때 가장 안정적이며, 이 경우 RpV 효과는 명백하지만 지배적이지는 않다.
• Λ₀ > 몇 × 10⁻⁴일 경우 힉스 질량은 RpV 쌍함수에 크게 의존하며, 일부 점에서는 강한 증가 또는 진동 행동을 보인다.
• 표 2의 19개 후보 점 중 3개는 Λ₀ 변화에 대해 약한 의존성을 보이며, 이는 RpV 쌍함수 강도 변화에 대비해 안정적인 해임을 시사한다. 이 중 두 점은 tanβ = 40을 가진다.
• Λ₀ = 10⁻⁴일 경우 모형은 타당하지만, Λ₀ ≤ 10⁻⁵일 경우 효과적으로 R-포탄 보존이 되며, Λ₀ ≥ 10⁻²일 경우 너무 강하게 양자역학적 해석이 가능해져 물리적으로 타당한 범위가 제한된다.