[논문 리뷰] Two Higgs bosons near 125 GeV in the complex NMSSM and the LHC Run-I data

Stefano Moretti, Shoaib Munir|arXiv (Cornell University)|2015. 05. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 67인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 힉스 보존에서 명시적 CP 위반을 포함하는 복잡한 최소 외 표준모형 (cNMSSM)을 조사하며, 125 GeV 근처에서 두 개의 거의 질량이 일치하는 힉스 보존을 가진 시나리오가 LHC 런-I 힉스 데이터에 더 나은 적합도를 보임을 보여준다. 비제로 CP 위반 위상, 특히 $\kappa$ 매개변수에서의 위상은 데이터와의 일치도를 향상시키며, 특히 두 힉스 상태가 모두 CP 혼합일 경우 global $\chi^2$ 값이 낮아진다.

ABSTRACT

We analyse the impact of explicit CP-violation in the Higgs sector of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) on its consistency with the Higgs boson data from the Large Hadron Collider (LHC). Through detailed scans of the parameter space of the complex NMSSM for certain fixed values of one of its CP-violating (CPV) phases, we obtain a large number of points corresponding to five phenomenologically relevant scenarios containing $\sim 125$ GeV Higgs boson(s). We focus, in particular, on the scenarios where the visible peaks in the experimental samples can actually be explained by two nearly mass-degenerate neutral Higgs boson states. We find that some points corresponding to these scenarios give an overall slightly improved fit to the data, more so for non-zero values of the CPV phase, compared to the scenarios containing a single Higgs boson near 125 GeV.

연구 동기 및 목표

• cNMSSM의 복잡한 형태가 LHC 런-I 힉스 데이터와 얼마나 일치하는지 평가하며, 특히 125 GeV 근처에서 두 개의 힉스 보존을 가진 시나리오에 초점을 맞춘다.
• 명시적 CP 위반, 특히 $\kappa$ 매개변수에서의 위반이 실수 NMSSM에 비해 실험 데이터에 대한 적합도를 향상시킬 수 있는지 조사한다.
• 간섭 및 혼합 효과를 고려할 때, 거의 질량이 일치하는 두 개의 힉스 상태가 관측된 힉스 신호 피크를 어떻게 설명할 수 있는지 평가한다.
• CP 위반 위상이 페르미온 전기 dipole moment(EDM) 측정치의 제약을 완화하면서 동시에 강한 일阶 전이를 가능하게 할 수 있는지 평가한다.
• 두 힉스 시나리오에서 SM 유사 신호 강도와 향상된 전반적 $\chi^2$ 값을 제공하는 cNMSSM의 매개변수 구성 조건을 규명한다.

제안 방법

• 고정된 CP 위반 위상 $\phi_{\kappa}$ 값($0^\circ$, $3^\circ$, $10^\circ$, $30^\circ$, $60^\circ$)에 대해 cNMSSM의 매개변수 공간에 대한 정밀한 수치 스캔을 수행한다.
• NMSSMCALC 도구를 사용하여 최신 이론적 및 실험적 입력을 통합하여 힉스 질량, 혼합 각도 및 생성/붕괴 비율을 계산한다.
• 모델 예측을 병합된 LHC 및 테바트론 힉스 신호 강도 데이터와 비교하기 위해 전반적 $\chi^2$-피팅 절차를 적용한다.
• 주로 $H_1$과 $H_2$로 표기되는 두 개의 힉스 상태가 질량에서 거의 일치하며(내재된 너비보다 작게), 약 125 GeV에 위치한 시나리오에 집중한다.
• 스칼라-패시스칼러 혼합의 영향을 $C^{H_i}_{VV}$ 혼합 매개변수를 통해 평가하며, 이는 벡터 보존 결합에서 CP-홀드 성분을 정량화한다.
• 간섭 및 혼합 효과가 중요한 영역(소수의 점들)에서는 이를 무시하고 별도의 연구로 연기한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 cNMSSM에서 125 GeV 근처에 두 개의 힉스 보존이 존재하는 시나리오가 단일 힉스 시나리오에 비해 LHC 런-I 힉스 데이터를 더 잘 설명할 수 있는가?
• RQ2 특히 $\kappa$ 매개변수에서의 명시적 CP 위반이 실험적 신호 강도에 대한 적합도를 향상시키는가?
• RQ3 CP 위반 위상은 cNMSSM이 힉스 데이터와 전이 전환의 기초가 되는 전기약력 대칭 붕괴 조건을 동시에 충족시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 CP 위반 위상은 힉스 질량 고유 상태에서 스칼라와 페시스칼라 성분 간 혼합에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 cNMSSM에서 두 개의 CP 혼합 힉스 상태가 125 GeV 근처에 존재할 때, 다른 구성보다 낮은 전반적 $\chi^2$ 값을 제공하는 매개변수 영역이 존재하는가?

주요 결과

• 125 GeV 근처에서 거의 질량이 일치하는 두 개의 힉스 보존을 가진 시나리오는 단일 힉스 시나리오에 비해 LHC 런-I 데이터에 略적으로 더 나은 전반적 적합도를 보인다.
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$일 때, 모든 시나리오 및 위상 중에서 전역 최소 $\chi^2$ 값을 달 đạt한다.
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$일 경우, 다른 위상들에 비해 전역 최소에서 4 단위 이상의 $\Delta\chi^2$를 가지는 점의 수가 더 많다.
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$ 시나리오는 $D_1$, $D_2$, $D_3$의 신호 강도 비율에서 1에서의 상당한 이탈을 보이며, 데이터에 대한 민감도가 높다는 것을 나타낸다.
• 비제로 CP 위반 위상, 특히 $\phi_{\kappa} = 10^\circ$는 125 GeV 근처에서 두 개의 스칼라 유사 힉스 상태의 가능성을 높이며, 스칼라-패시스칼라 혼합이 필요한 정도를 감소시킨다.
• $\phi_{\kappa} = 10^\circ$일 경우 $C^{H_3}_{VV}$ 혼합 매개변수 값은 작게 유지되어 더 무거운 힉스 상태에서의 CP-홀드 성분이 최소화됨을 나타내며, 이는 SM 유사 결합을 유지하는 데 기여한다.