[논문 리뷰] Vacuum Stability Constraints on the Enhancement of the h ! Rate in the MSSM

Teppei Kitahara|arXiv (Cornell University)|2012. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 38인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 힉스 보손의 이광자 붕괴 비율 증가에 대한 진공 안정성 제약 조건을 조사한다. 관측된 이광자 채널에서 1.5–1.8배의 초과 현상을 설명하기 위해 필요한 경량 스토우와 큰 왼쪽-오른쪽 스토우 혼합을 가진 시나리오에 진공 준안정 조건을 적용함으로써, 이러한 증가율은 심각하게 제한되며, 더 가벼운 스토우 질량이 100 GeV일 경우 상한값으로 25%에 도달한다.

ABSTRACT

The ATLAS and CMS collaborations discovered a new boson particle. If the new boson is the Higgs boson, the diphoton signal strength is 1.5 - 1.8 times larger than the Standard Model (SM) prediction, while the WW and ZZ signal strengths are in agreement with the SM one. In the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), overall consistency can be achieved by a light stau and the large left-right mixing of staus. However, a light stau and large left-right mixing of staus may suffer from vacuum instability. We first apply the vacuum meta-stability condition to the Higgs to diphoton decay rate in the MSSM. We show that the vacuum meta-stablity severely constrains the enhancement to the Higgs to diphoton rate. For example, when the lighter stau mass is 100 GeV, the upper bound on the enhancement to the Higgs to diphoton rate becomes 25%.

연구 동기 및 목표

• 관측된 MSSM에서의 힉스 이광자 붕괴 비율 1.5–1.8배 증가가 일관되게 실현 가능한지 조사하기 위해.
• 경량 스토우와 큰 왼쪽-오른쪽 스토우 혼합을 가진 시나리오에서 진공 준안정성의 영향을 평가하기 위해.
• 진공 안정성 조건 하에서 힉스 이광자 붕괴 비율 증가에 대한 정량적 한계를 유도하기 위해.
• 표준모형 예측과 일치시키면서도 진공 안정성을 유지하는 조건에서 이광자 신호 초과를 재확인하기 위해.

제안 방법

• 전자약력 진공의 안정성을 평가하기 위해 MSSM 힉스 부문에 진공 준안정 조건을 적용하기 위해.
• 이광자 붕괴 비율을 증가시키는 경량 스토우(100 GeV)와 큰 왼쪽-오른쪽 스토우 혼합을 가진 시나리오에 집중하기 위해.
• MSSM 라그랑지안과 효과적 포텐셜을 사용하여 진공 붕괴 확률과 안정성 조건을 계산하기 위해.
• 스토우 질량과 혼합 매개변수에 따라 힉스 이광자 붕괴 비율 증가율을 함수로 평가하기 위해.
• 예측된 증가율을 ATLAS 및 CMS 데이터에서 관측된 1.5–1.8배의 초과와 비교하기 위해.
• 진공이 준안정성을 유지하도록 요구함으로써 증가율의 상한값을 도출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 MSSM에서의 힉스 이광자 붕괴 비율 1.5–1.8배 증가가 진공 준안정성을 위반하지 않고 설명될 수 있는가?
• RQ2 진공 준안정성 조건 하에서 힉스 이광자 붕괴 비율의 최대 가능한 증가율은 얼마인가?
• RQ3 경량 스토우 질량과 큰 왼쪽-오른쪽 스토우 혼합은 MSSM에서 진공 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 진공 준안정성은 스토우 매개 기여가 힉스 이광자 붕괴에 기여하는 가능성에 얼마나 강하게 제약을 가하는가?
• RQ5 더 가벼운 스토우 질량이 100 GeV일 경우, 힉스 이광자 붕괴 비율 증가율의 정량적 상한값은 얼마인가?

주요 결과

• 진공 준안정성 조건은 MSSM에서 힉스 이광자 붕괴 비율 증가를 심각하게 제한한다.
• 더 가벼운 스토우 질량이 100 GeV일 경우, 힉스 이광자 붕괴 비율 증가의 최대 허용 증가율은 25%로 제한된다.
• 경량 스토우와 큰 왼쪽-오른쪽 스토우 혼합을 가진 시나리오는 이광자 초과를 설명할 수 있지만, 진공 불안정성으로 인해 제약을 받는다.
• 관측된 이광자 채널에서 1.5–1.8배의 증가율은 스토우 질량이 상당히 높아지지 않는 한 진공 안정성 한계를 초과한다.
• 진공 준안정성은 특정 MSSM 설명의 타당성을 강력하게 제약하는 이론적 제약 조건을 부과한다.
• 25%의 상한값은 더 가벼운 스토우 질량이 100 GeV이고 혼합이 크다는 가정 하에 도출된다.