[论文解读] A Light Supersymmetric Higgs Sector Hidden by a Standard Model-like Higgs

A. Delgado, Germano Nardini+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用 8

一句话总结

该论文提出了一种标准模型的超对称扩展，引入一个实三重态希格斯场，以稳定电弱层次问题并实现轻希格斯谱。它在小 tanβ 下识别出一个 'SM 类似点'，此时最轻的 CP 偶性希格斯粒子（h）除可能因带电粒子圈效应导致 h→γγ 衰变率增强 40% 外，其余所有标准模型耦合均与 SM 一致。该点在最小超对称标准模型（MSSM）中不存在，但在具有额外单态或三重态的理论中可能实现，因此该模型尽管存在新物理，仍与当前 LHC 数据一致。

ABSTRACT

Extending the Higgs sector of the MSSM by triplets alleviates the little hierarchy problem and naturally allows for enhancements in the diphoton decay rate of the lightest CP-even Higgs h. In the present paper we analyze in detail the Higgs phenomenology of this theory with m_h~126 GeV. We mostly focus on a light Higgs sector where the pseudoscalar A, the next-to-lightest CP-even scalar H and the charged H^\pm Higgses are naturally at the electroweak scale. It turns out that for any value m_A > m_h there is a parameter region at small tan(beta) where the CP-even Higgs sector appears at colliders as the SM one, except for loop-induced corrections. Notably the existence of this SM-like point, which is absent in the MSSM, is shared with supersymmetric theories where there are extra singlets. We also highlight a second parameter region at small m_A and small tan(beta) where the h signal strengths, diphoton channel included, are SM-like except those of bottoms and taus which can have at most a 10-15 % splitting. Improvements in the A and H^\pm searches are worthwhile in order to discriminate this scenario from the SM.

研究动机与目标

• 通过在希格斯谱中引入实三重态场来解决 MSSM 中的'小层次问题'。
• 探索是否存在一种轻希格斯谱（包含 A、H 和 H± 在电弱尺度），其耦合行为与标准模型类似。
• 识别出在树图耦合下，即使存在新物理，观测到的希格斯粒子（mh ≈ 126 GeV）仍表现为 SM 类似行为的参数区域。
• 评估该模型在当前 LHC 希格斯信号强度数据背景下的现象学可行性。
• 强调寻找赝标量 A 和带电希格斯粒子 H± 对区分该模型与标准模型的重要性。

提出的方法

• 在 MSSM 希格斯谱中扩展一个超荷 Y=0 的实 SU(2)_L 三重态场，引入一个新的超势耦合 λ。
• 分析包含顶夸克拉和标量三重态圈修正的一阶量子修正的希格斯势与质量矩阵。
• 通过最小化条件与质量矩阵对角化，推导出 'SM 类似点' 的解析条件，使得 h 对 W、Z 和费米子的树图耦合与 SM 完全匹配。
• 计算分支比与产生截面，特别关注 h→γγ、bb 和 ττ 通道，包括带电粒子圈贡献。
• 通过参数（m_A, tanβ, λ）的数值扫描，识别出信号强度在实验不确定度范围内与 SM 预期一致的区域。
• 评估 H→bb 和 H→ττ 率的抑制（低于 SM 的 10%），以解释 LHC 中未观测到较重希格斯粒子的原因。

实验结果

研究问题

• RQ1 实三重态扩展的 MSSM 是否能产生一个轻希格斯谱，使得最轻的 CP 偶性希格斯粒子（h）对 W、Z 和费米子的耦合行为与 SM 类似？
• RQ2 在何种参数区域中，h→γγ 衰变率可增强至多 40%，同时其他信号强度仍与 SM 预期一致？
• RQ3 为何该 SM 类似点存在于该三重态模型中，却不存在于最小 MSSM 中？
• RQ4 来自带电粒子的辐射修正如何影响二光子衰变率及其他圈诱导过程？
• RQ5 该模型中 H→bb 和 H→ττ 分支比的强烈抑制是否可解释 LHC 中未观测到较重希格斯粒子的现象？

主要发现

• 对于任意 m_A ≥ m_h，存在一个在小 tanβ 下的 'SM 类似点'，此时最轻希格斯粒子 h 对 SM 粒子（W、Z、b、t、τ）的所有树图耦合均精确匹配 SM 值。
• 在该 SM 类似点，由于带电粒子圈效应，h→γγ 衰变率可增强至多 40%，具体取决于带电粒子质量谱。
• 在小 m_A 和小 tanβ 下存在第二个参数区域，其中 W、Z、γ 和顶夸克的信号强度与 SM 类似，但底夸克和 τ 末态的衰变表现出最多 15% 的偏离，源于圈修正。
• 较重的希格斯粒子 H 的 bb 和 ττ 分支比被抑制至低于 SM 预期的 10%，解释了其在 LHC 中未被观测到的原因。
• 赝标量 A 和带电希格斯粒子 H± 是区分该模型与 SM 的最有希望的发现通道，尤其在低 m_A 区域。
• 解析推导确认，在 SM 类似点处，sin²α_c = cos²β_c，且该关系与 m_A 无关，其行为与解耦极限一致。