[논문 리뷰] The Constrained NMSSM with a 126 GeV Higgs boson: A global analysis

Kamila Kowalska, Shoaib Munir외 4명|arXiv (Cornell University)|2012. 11. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 126 GeV 힉스 보손 발견, $B_s \to \mu^+\mu^-$ 붕괴율, 그리고 LHC 제약 조건과의 일관성을 평가하기 위해 제약된 다음 최소 초대칭 표준 모형(CNMSSM)에 대한 글로벌 베이지안 분석을 제시한다. 126 GeV 상태가 가장 가벼운 힉스 보손(h₁)인 경우, stau 공붕괴 영역이 선호되는 CMSSM 유사 행동을 보이며, 반면 다음으로 가벼운 힉스(h₂) 또는 근접하게 딸림 상태를 포함하는 해석은 암흑 물질 및 프리미티브 제약 조건으로 인해 불리하다.

ABSTRACT

We present the first global analysis of the Constrained NMSSM that investigates the impact of the recent discovery of a 126 GeV Higgs-like boson, of the observation of a signal for BR(B_s->μ^+μ^-), and of constraints on supersymmetry from ~5/fb of data accumulated at the LHC, as well as of other relevant constraints from colliders, flavor physics and dark matter. We consider three possible cases, assuming in turn that the discovered Higgs boson is: i) the lightest Higgs boson of the model; ii) the next-to-lightest Higgs boson; and iii) a combination of both roughly degenerate in mass. The likelihood function for the Higgs signal uses signal rates in the γγ and ZZ --> 4l channels, while that for the Higgs exclusion limits assumes decay through the γγ, ττ, ZZ and W^+W^- channels. In all cases considered we identify the 68% and 95% credible posterior probability regions in a Bayesian approach. We find that, when the constraints are applied with their respective uncertainties, the first case shows strong CMSSM-like behavior, with the stau coannihilation region featuring highest posterior probability, the best-fit point, a correct mass of the lightest Higgs boson and the lighter stop mass in the ballpark of 1 TeV. The second and the third cases, on the other hand, while allowed are disfavored by the constraints from direct detection of dark matter and from BR(B_s->μ^+μ^-). Without the anomalous magnetic moment of the muon the fit improves considerably, especially for negative effective μ parameter. We discuss how the considered scenarios could be tested furtherly at the LHC and in dark matter searches.

연구 동기 및 목표

• 제약된 NMSSM(CNMSSM)이 126 GeV 힉스 보손 발견, $B_s \to \mu^+\mu^-$ 붕괴율, 그리고 LHC 제약 조건을 어떻게 수용할 수 있는지 평가하기 위해.
• 세 가지 별개의 시나리오를 조사하기 위해: 126 GeV 상태가 가장 가벼운 힉스(h₁)로, 다음으로 가벼운 힉스(h₂)로, 또는 둘 다의 거의 딸림 혼합으로.
• 뮤온의 비정상 자기모멘트와 직접적 암흑 물질 탐측 제약 조건이 모형 일관성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• (m₀, m₁/₂) 평면에서 사후 확률 영역을 식별하고, 정교 조정과 잔류 밀도 일관성의 정도를 평가하기 위해.

제안 방법

• γγ 및 ZZ → 4l 채널에서의 힉스 신호율에 대한 우도 함수와, γγ, ττ, ZZ, W⁺W⁻ 채널에서의 배제 한계를 사용한 베이지안 글로벌 피팅을 수행하였다.
• LHC 데이터(5 fb⁻¹), 프리미티브 물리학(BR(Bs → μ⁺μ⁻)), 암흑 물질 잔류 밀도, 직접 탐측, 그리고 뮤온 g−2 이질현상에 대한 제약 조건을 통합하였다.
• 세 가지 시나리오를 평가: (i) h₁ = 126 GeV, (ii) h₂ = 126 GeV, (iii) h₁ 및 h₂가 거의 딸림 상태이며 병합된 γγ 신호율을 가짐.
• 마르코프 체인 몬테카를로 샘플링을 사용하여 사후 확률 분포를 계산하였으며, 68% 및 95% 신뢰 영역을 보고하였다.
• 경우 (i) 및 (ii)에 대해 (m₀, m₁/₂) 평면에서 등치수를 통해 정교 조정을 정량화하였다.
• GUT 스케일에서의 효과적 μ 매개변수 및 κ와 Aκ 매개변수의 역할을, 그들의 통합 가정을 변화시켜 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CNMSSM가 126 GeV 힉스 보손을 가장 가벼운 힉스 보손(h₁)으로 일관되게 설명할 수 있는가? 이는 잔류 밀도 및 LHC 제약 조건을 충족하는가?
• RQ2 126 GeV 상태가 다음으로 가벼운 힉스(h₂)로 식별될 경우, 모형의 성능은 어떠한가? 그리고 프리미티브 및 암흑 물질 관측에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 h₁ 및 h₂가 거의 딸림 상태로 γγ 신호에 기여하는 시나리오는 얼마나 타당한가? 단일 힉스 해석과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ4 뮤온 g−2 이질현상의 포함 또는 배제가 사후 확률 및 모형 일관성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 Aκ의 GUT 스케일 통합을 완화할 경우, (m₀, m₁/₂) 평면에서 사후 분포와 정교 조정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 126 GeV 힉스 보손이 가장 가벼운 힉스 보손(h₁)인 시나리오는 강력한 CMSSM 유사 행동을 보이며, stau 공붕괴 영역이 가장 높은 사후 확률과 최적 피팅 점을 가진다.
• h₁ = 126 GeV 경우, 가장 가벼운 힉스 질량과 잔류 밀도가 정확히 재현되며, 더 가벼운 스토퍼 질량은 약 1 TeV이며, 스토우 및 스토퍼의 삼중 상호작용 계수는 모두 강하게 음수이다.
• h₂ = 126 GeV 및 h₁+h₂ 딸림 시나리오는 특히 μ_eff < 0일 경우, 직접적 암흑 물질 탐측 및 BR(Bs → μ⁺μ⁻) 제약 조건으로 인해 불리하다.
• 뮤온 g−2 제약 조건을 배제하면, 특히 μ_eff < 0일 경우, b-물리 관측과의 일치도 향상되어 피팅 성능이 크게 향상된다.
• 정교 조정은 h₁ 및 h₂ 경우에 서로 다른 원인에 의해 지배되며, h₁ 시나리오에서는 stau 공붕괴 영역에서 더 적은 조정이 일어난다.
• Aκ의 GUT 스케일 통합을 완화하면, (m₀, m₁/₂) 평면에서 사후 분포에 거의 영향을 주지 않으며, 선호되는 영역에서 모형이 CMSSM 극한에 수렴하는 경향이 있다.