[论文解读] BMSSM Higgs Bosons at the Tevatron and the LHC

Marcela Carena, Eduardo Pontón+1 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|May 26, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文研究了在扩展的超对称模型（BMSSM）中，高维算符如何显著改变希格斯 sector，导致在 Tevatron 和 LHC 上产生独特的对撞机现象学。通过积分掉 TeV 量级的物理，该模型产生大的 $1/M^2$ 修正，使希格斯质量与耦合超出 MSSM 的范围，从而引发奇异衰变链和增强的规范玻色子衰变——为超越 MSSM 的新物理提供了清晰信号。

ABSTRACT

We study extensions of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with new degrees of freedom that couple sizably to the MSSM Higgs sector and lie in the TeV range. After integrating out the physics at the TeV scale, the resulting Higgs spectrum can significantly differ from typical supersymmetric scenarios, thereby providing a window Beyond the MSSM (BMSSM). Taking into account current LEP and Tevatron constraints, we perform an in-depth analysis of the Higgs collider phenomenology and explore distinctive characteristics of our scenario with respect to both the Standard Model and the MSSM. We propose benchmark scenarios to illustrate specific features of BMSSM Higgs searches at the Tevatron and the LHC.

研究动机与目标

• 探讨在扩展的 MSSM（BMSSM）中，高维算符如何在最小超对称标准模型之外修改希格斯 sector。
• 利用有效场论方法，评估 TeV 量级新物理对希格斯质量、耦合和衰变模式的影响。
• 识别 Tevatron 和 LHC 上独特的对撞机信号，以区分 BMSSM 与 SM 和 MSSM。
• 定义基准情景，说明非标准希格斯 boson 如何通过新型衰变链和产生模式被探测。
• 在 LEP 和 Tevatron 约束下，评估当前和未来对撞机搜索的探测能力，特别是 $WW$、$b\bar{b}$ 和 $\tau\bar{\tau}$ 通道。

提出的方法

• 采用有效场论（EFT）框架，积分掉 TeV 量级的物理，将结果修正按 $1/M$ 的幂次展开，其中 $M$ 为重标度。
• 同时包含 $1/M$ 和 $1/M^2$ 修正至希格斯势，后者因树图阶 MSSM 四次耦合较小而具有显著的定量影响。
• 使用两希格斯双态模型（2HDM）框架映射所得希格斯谱，尤其关注 CP 偶和 CP 奇希格斯态。
• 对高维算符的参数空间进行全面扫描，以识别与 LEP 和 Tevatron 约束一致的可行情景。
• 利用 $10~{\rm fb}^{-1}$ 的亮度和在 $WW$、$b\bar{b}$ 和 $\tau\bar{\tau}$ 通道中效率提升的假设，投影 Tevatron 的探测灵敏度。
• 分析 LHC 对 Higgs 信号的探测能力，尤其关注 CP 偶态中混合较大且存在非标准衰变链（如 $h \to AA$ 或 $H \to AA$）的情景。

实验结果

研究问题

• RQ1 TeV 量级新物理引起的 $1/M^2$ 修正如何改变超出 MSSM 的希格斯质量谱？
• RQ2 BMSSM 中哪些独特的对撞机信号在 MSSM 中不存在，特别是在 $WW$、$b\bar{b}$ 和 $\tau\bar{\tau}$ 衰变通道中？
• RQ3 非标准希格斯 boson 是否可通过如 $h \to AA$ 这类奇异衰变链被产生和探测，而无需依赖 $\tan\beta$ 的增强？
• RQ4 Tevatron 和 LHC 在多大程度上能探测 BMSSM 希格斯情景，特别是当最轻的 CP 偶希格斯 boson 超过 180 GeV 时？
• RQ5 CP 偶希格斯态中的混合效应如何使两个希格斯 boson 均能衰变为 $W$ 或 $Z$ 规范玻色子，从而产生可观测的双轻子质量峰？

主要发现

• $1/M^2$ 修正可使最轻的 CP 偶希格斯质量发生数十 GeV 的偏移，显著改变其与 MSSM 相比的产生和衰变模式。
• 基准情景显示，两个 CP 偶希格斯 boson 均可具有显著的 $W^+W^-$ 或 $ZZ$ 分支比，导致双轻子不变质量分布中出现两个独立的峰。
• 即使在低 $\tan\beta$ 区域，$h \to AA$ 或 $H \to AA$ 等奇异衰变链也有可能实现，从而在无需 $\tan\beta$ 增强的情况下完整重建 2HDM 希格斯谱。
• Tevatron 上的 $b\bar{b}$ 和 $WW$ 通道，特别是效率提升 50% 后，可探测一大类 BMSSM 模型，尤其在大 $\tan\beta$ 区域。
• BMSSM 中的希格斯信号与 MSSM 显著不同；若观察到轻的第三代超对称夸克，这将为 BMSSM 物理提供强有力证据。
• 即使重物理未被直接观测，LHC 仍有望探测超过 180 GeV 的希格斯质量，特别是在增强规范耦合和非标准衰变的情景下。