[논문 리뷰] New Light Windows for Sparticle Masses and Higgs Decays in the R Parity Violating MSSM

Linda M. Carpenter, David E. Kaplan외 1명|ArXiv.org|2008. 04. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 R-포탄 위반 초대칭(비R-포탄 위반 MSSM)을 조사하여, 경량 초대칭 입자—특히 스토우와 중성 가우진노—가 비가시적으로 붕괴할 수 있음을 보여주며, 이로 인해 힉스 보손이 이러한 경량 입자로 붕괴할 수 있음을 제시한다. 이는 표준 LEP 한계인 114.4 GeV의 힉스 질량 하한선을 95 GeV까지 낮출 수 있으며, 이는 LHC 탐색과 힉스 물리학에 중대한 영향을 미치는 새로운 SUSY 매개변수 공간을 열어준다.

ABSTRACT

In supersymmetric models with R parity violation, constraints on superpartner masses are significantly weaker than in models which conserve R parity. We find in regions of parameter space where a neutral gaugino or third generation scalar is decoupled from the Z and/or traditional gaugino mass relationships do not hold allow some particles to be light enough to allow them to be the decay products of the Higgs. For example, surprisingly a stau could be lighter than 30 GeV if it decays hadronically. We estimate the Higgs bounds when one of these decays dominates and find allowed Higgs masses well below the current LEP bound on the standard model Higgs. We also survey the rich variety of final states in Higgs production.

연구 동기 및 목표

• 비R-포탄 위반 MSSM에서 경량 초대칭 입자가 비가시적으로 붕괴할 수 있는 방식을 조사하여, 힉스 붕괴 패턴이 어떻게 변화하는지 이해한다.
• 이러한 붕괴가 표준 LEP 한계인 114.4 GeV 이하의 힉스 보손 질량 하한선을 낮추는 방식을 평가한다.
• 표준 LEP 및 LHC 제약 조건을 피할 수 있는, 미량 에너지와 다중 제트 최종 상태를 포함한 타당한 힉스 붕괴 채널을 특정한다.
• 가속기에서 수정되거나 새로운 탐색 전략을 통해 이러한 이국적인 힉스 붕괴를 탐지할 수 있는지 평가한다.
• 분리된 가우진노 또는 제3세대 스칼라가 존재하는 시나리오에서 비표준 힉스 붕괴의 현상학적 함의를 탐색한다.

제안 방법

• MSSM의 초대칭 스케일러에서 R-포탄 위반 연산자(LLE, LQD, UDD)를 분석하여 허용 가능한 결합 상수와 붕괴 모드를 규명한다.
• 맛 물리학, 양성자 붕괴, 정밀 전자기력 데이터에서의 제약 조건을 평가하여 타당한 매개변수 공간을 특정한다.
• 최소 초대칭 입자(LSP) 쌍으로의 힉스 붕괴를 모델링하며, 이는 스토우, 중성 가우진노, 제3세대 스칼라를 포함한다.
• 기존 LEP 및 LHC 탐색 제약 조건(예: $WW^*$, $4\tau$, $b\bar{b}$, 미량 에너지)을 다중 제트와 함께 에너지 손실이 있는 붕괴 채널에 적용한다.
• 몬테카를로 시뮬레이션과 단면적 추정치를 사용하여 탐지 가능성과 효과적 힉스 질량 한계를 도출한다.
• 다중 RPV 결합 상수로 인한 비대칭 붕괴를 고려하여 대칭성을 감소시키고 표준 탐색 한계를 피한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 모형 최종 상태 대신 경량 R-포탄 위반 초대칭 입자로 붕괴할 경우, 힉스 질량의 최소 허용값은 얼마인가요?
• RQ2 다중 입자 최종 상태에서 에너지 손실과 다중 제트가 기존 LEP 및 LHC 힉스 탐색의 민감도에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 R-포탄 위반 MSSM 매개변수 공간에서 어떤 영역에서 힉스가 경량 스토우 또는 가우진노로 붕괴되며, 현재 제약 조건에 의해 배제되지 않나요?
• RQ4 다중 RPV 결합 상수의 포함이 붕괴 대칭성을 깨뜨리고 표준 탐색 서명을 피함으로써 힉스 질량 한계를 100 GeV 이하로 낮출 수 있나요?
• RQ5 경량 LSP로의 힉스 붕괴에서 어떤 새로운 서명이 나타나며, 향후 가속기 탐색에서 어떻게 타겟팅할 수 있나요?

주요 결과

• 두 개의 RPV 결합 상수가 동시에 켜질 경우, 붕괴 모드의 대칭성이 감소하여 힉스 질량 하한선이 최소 95 GeV까지 낮아질 수 있다.
• 중성 가우진노 또는 글루아인노 LSP에서 기인한 네 개의 제트와 두 개의 중성미온으로의 붕괴의 경우, $WW^*$ 탐색 제약 조건으로 인해 하한선은 약 105 GeV이다.
• $WW^*$ 탐색으로 인해 두 타우와 두 중성미온으로의 붕괴 또는 두 경량 렙톤과 두 중성미온으로의 붕괴는 힉스 질량 하한선 104 GeV로 제약을 받는다.
• 가우진노 LSP에서 기인한 최종 상태인 b+3c+τ+ν 또는 4q+2ν는 현재의 탐색으로부터 크게 제약을 받지 않아, 낮은 힉스 질량 하한선이 허용된다.
• $4\tau$ 및 $WW^*$ 탐색은 각도 및 에너지 손실 절단 조건으로 인해 일부 비대칭 붕괴에 대해 효과가 없다.
• 가우진오 중간 붕괴에서 장수하는 LSP로 인한 이격된 병목은 향후 LHCb 또는 가속기 탐색에서 타겟팅할 수 있는 특징적인 서명을 제공한다.