[論文レビュー] A 96 GeV Higgs boson in the general NMSSM

Kiwoon Choi, Sang Hui Im+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 39被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、一般NMSSMにおけるシングレット型ヒッグス粒子が、LEP $e^+e^- \to Z(b\bar{b})$ の過剰とCMSの96 GeVの二光子過剰を同時に説明可能であり、125 GeVの標準模型に類似たヒッグス粒子を保存することを提案している。モデルは、シングレット結合とヒッグスイノ質量パラメータによって引き起こされる顕著な混合を要し、それによりダブルレットヒッグス粒子が500 GeV以上に重くなり、電荷を帯びたヒッグスイノによる光子への結合が変更される。

ABSTRACT

Physics beyond the Standard Model (SM) may manifest itself as small deviations from the SM predictions for Higgs signal strengths at 125 GeV. Then, a plausible and interesting possibility is that the Higgs sector is extended and at the weak scale there appears an additional Higgs boson weakly coupled to the SM sector. Combined with the LEP excess in $e^+e^- o Z(h o b\bar b)$, the diphoton excess around 96 GeV recently reported by CMS may suggest such a possibility. We examine if those LEP and CMS excesses can be explained simultaneously by a singlet-like Higgs boson in the general next-to-minimal supersymmetric Standard Model (NMSSM). Higgs mixing in the NMSSM relies on the singlet coupling to the MSSM Higgs doublets and the higgsino mass parameter, and thus is subject to the constraints on these supersymmetric parameters. We find that the NMSSM can account for both the LEP and CMS excesses at 96 GeV while accommodating the observed 125 GeV SM-like Higgs boson. Interestingly, the required mixing angles constrain the heavy doublet Higgs boson to be heavier than about 500 GeV. We also show that the viable region of mixing parameter space is considerably modified if the higgsino mass parameter is around the weak scale, mainly because of the Higgs coupling to photons induced by the charged higgsinos.

研究の動機と目的

• CMSの96 GeVの二光子過剰とLEP $e^+e^- \to Z(b\bar{b})$ 過剰を、NMSSMにおける1つの新しいヒッグス粒子が同時に説明できるかどうかを調査すること。
• 観測された125 GeVの標準模型に類似たヒッグス粒子が、NMSSMのパラメータ空間に課す制約を検討すること。
• ヒッグスイノ質量パラメータとヒッグス混合が、両方の過剰を同時に説明する可能性に与える影響を調査すること。
• 観測信号と整合するための重いダブルレットヒッグス粒子の質量スケールを特定すること。

提案手法

• 研究は、シングレット結合とヒッグスイノ質量パラメータを介して、MSSMのヒッグスダブルレットと混合するシングレットヒッグス粒子を含む一般NMSSMフレームワークを採用している。
• LEPおよびCMSのデータからの制約を用いて、特に二光子および $Zb\bar{b}$ 終状態のヒッグス信号強度と崩壊断面積を分析している。
• 混合角に依存するヒッグス混合効果が、シングレット結合とヒッグスイノ質量パラメータに依存する。
• 電荷を帯びたヒッグスイノからの寄与を含めた光子へのヒッグス結合を計算している。ヒッグスイノ質量パラメータが弱いスケールに近いと、その寄与が強化される。
• 125 GeVのヒッグス信号強度と96 GeVの過剰に制約をかけたパラメータ空間をスキャンし、妥当な混合角と質量スケールに焦点を当てている。
• 理論的および実験的制約を用いて、観測されたヒッグス系と整合しない領域を除外している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般NMSSMにおける1つのシングレット型ヒッグス粒子が、96 GeVの二光子過剰とLEP $Zb\bar{b}$ 過剰を同時に説明できるか？
• RQ2 125 GeVの標準模型に類似たヒッグス粒子の存在が、特に重いダブルレットヒッグス質量に、NMSSMのパラメータ空間にどのような制約を課すか？
• RQ3 ヒッグスイノ質量パラメータが、ヒッグス粒子の光子への結合とモデルの妥当性に与える影響は何か？
• RQ4 観測された信号強度を再現するための、シングレットとダブルレットヒッグス状態間の必要な混合角は何か？
• RQ5 電荷を帯びたヒッグスイノの存在が、NMSSMにおけるヒッグス粒子の光子への崩壊にどのように影響するか？

主な発見

• モデルは、一般NMSSMにおけるシングレット型ヒッグス粒子を介して、96 GeVの二光子過剰とLEP $Zb\bar{b}$ 過剰を同時に説明可能である。
• 必要な混合角は、重いダブルレットヒッグス粒子が約500 GeVより重くなることを制約する。
• ヒッグスイノ質量パラメータが弱いスケールに近い場合、電荷を帯びたヒッグスイノからの寄与により、ヒッグス粒子の光子への結合が顕著に強化される。
• ヒッグスイノ質量パラメータが弱いスケール付近にあると、これらの強化された光子結合のため、混合パラメータ空間の有効領域が顕著に変化する。
• 混合パラメータと質量パラメータが適切に調整されていれば、モデルは125 GeVのヒッグス信号強度と整合性を保っている。