[论文解读] An Interesting NMSSM Scenario at the LHC and LC

D.J. Miller, Stefano Moretti|ArXiv.org|Mar 12, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 9

一句话总结

本文研究了一个具有非常轻的单态主导希格斯玻色子的基准NMSSM情景，表明尽管由于标准模型（SM）背景过强，大型强子对撞机（LHC）无法观测到该粒子，但通过希格斯-斯特拉赫隆过程和矢量玻色子融合，电子-正电子线性对撞机（LC）可在大部分参数空间内探测到它。LC的高精度对于确认NMSSM超出MSSM的特性至关重要，尤其是在LHC因强子衰变而错过轻标量玻色子的情况下。

ABSTRACT

The Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model NMSSM provides an attractive extension to the minimal supersymmetric model by including an extra Higgs singlet superfield. This extension allows one to link the Higgs-higgsino mass parameter to a vacuum expectation value of the new scalar field, thus providing a solution to the mu-problem of the MSSM. It this report, presented within the context of the LHC / LC Study Group, we examine a particularly interesting NMSSM scenario where the extra Higgs scalar is rather light. We determine LHC production cross-sections and branching ratios for the lightest scalar and find that it will be difficult to observe at the LHC. However, we show that this lightest scalar can instead be observed at an electron-positron Linear Collider for all but a small window of parameter space.

研究动机与目标

• 分析一个因SM背景而使LHC探测困难的轻单态主导希格斯玻色子的特定NMSSM情景。
• 评估在未来电子-正电子线性对撞机（LC）上探测该轻希格斯玻色子的可行性。
• 展示LHC与LC在完整覆盖NMSSM希格斯玻色子谱方面所起的互补作用。
• 通过结合对撞机数据，为识别超出MSSM的扩展超对称性提供路线图。

提出的方法

• 本研究采用一阶量子修正的NMSSM希格斯质量谱计算，固定参数为：$\lambda = 0.3$，$\kappa = 0.1$，$\tan\beta = \tan\beta_s = 3$，$A_\kappa = -60$ GeV，$v = 246$ GeV。
• 在LHC上，通过胶子融合和伴随产生过程计算截面，并评估主要衰变模式的分支比。
• 在LC上，于$\sqrt{s} = 500$和$800$ GeV下计算$e^+e^- \to H_1 b\bar{b}$和$e^+e^- \to H_1 A_2$的截面，包含$W$-融合和希格斯-斯特拉赫隆过程。
• 分析中考虑了相空间抑制效应，并假设赝标量$A_2$的宽度固定为1 GeV，以估算截面。
• 在$M_A$（赝标量希格斯质量标度）范围内扫描模型参数空间，以评估在物理范围内的探测灵敏度。
• 使用希格斯质量的和规则，当轻标量未在LEP被探测到时，将其与$\mu \tan\beta$关联，从而约束$M_A$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在存在大量SM背景的情况下，NMSSM中的轻单态主导希格斯玻色子是否可在LHC上被发现？
• RQ2 在LHC和LC上，最轻的希格斯玻色子的主要产生机制和分支比是什么？
• RQ3 在何种条件下，电子-正电子线性对撞机相比LHC对轻希格斯玻色子具有更优的发现潜力？
• RQ4 重希格斯玻色子谱的质量，特别是$M_A$，如何影响两种对撞机对轻标量玻色子的探测能力？
• RQ5 如果LHC错过了该轻标量玻色子，LC能否为触发选择和背景抑制提供关键信息，尤其是在该玻色子与MSSM型希格斯玻色子几乎简并的情况下？

主要发现

• 在此NMSSM情景中，最轻的标量希格斯玻色子质量约为120–140 GeV，主要为单态主导，其分支比主要由强子衰变主导。
• 在LHC上，截面值较大，但最终末态被SM QCD背景完全淹没，导致探测极为困难。
• 在$\sqrt{s} = 800$ GeV的LC上，由于$H_1 A_2$通道的贡献，$e^+e^- \to H_1 b\bar{b}$的关联产生截面有所增加，但在关键的$M_A \sim 460$ GeV区域仍过小，无法实现实际探测。
• 在LC上，通过希格斯-斯特拉赫隆和$W$-融合过程，可在大部分$M_A$范围内观测到$H_1$标量，仅在$M_A \approx 490$ GeV附近存在一个狭窄窗口，此时耦合消失。
• 若LHC错失该轻标量玻色子，LC可为触发选择和背景抑制提供关键输入，尤其当该希格斯玻色子与MSSM型希格斯玻色子几乎简并时。
• 对于较小的$\kappa v_s$，为避免在LEP探测到轻标量玻色子，要求$M_A \approx \mu \tan\beta$，这可约束较重希格斯玻色子的质量，并有助于LHC的搜索。