[論文レビュー] Higgs Production in Association with Top Squark Pairs in the MSSM at the LHC: the Decay Patterns

H. F. Heath, C. Lynch+2 more|ArXiv.org|Jan 12, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるMSSMにおけるトップ squark 対 ( ilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0) と関連するヒッグス boson の生成を調査し、発見可能性を評価するための崩壊パターンに注目する。その結果、ストップが charm クォークに崩壊し、ヒッグスが bottom クォークに崩壊するチャンネルが最大で100 pbに達する高い断面積を示し、QCD背景が存在するが、ヒッグス検出の有望なシグネチャであることが判明した。

ABSTRACT

The production of the lightest Higgs boson, $h^0$, in association with the lightest stop, $ ilde{t}_{1}$, in the Minimal Supersymmetric Standard Model, is an interesting channel, as its cross section can be higher than Higgs production in association with top quarks. Furthermore, the $ ilde{t}_{1} ilde{t}^{*}_{1}h^{0}$ production rate is highly dependent on various Supersymmetric parameters. The mass, mixings, couplings and production cross sections relevant to the $ ilde{t}_{1} ilde{t}^{*}_{1}h^{0}$ channel have been studied in the past. Here, we complement these analyses by performing a thorough decay study. We conclude that there is some scope for extracting this channel at the Large Hadron Collider, for suitable combinations of the Supersymmetric parameters, in several different decay channels of both the stop quarks and Higgs boson, the most numerically promising being the signature involving charm decays of the stops and bottom decay of the Higgs. This, in fact, remains true in the Supergravity inspired Minimal Supersymmetric Standard Model.

研究の動機と目的

• MSSMにおけるLHCにおけるトップ squark 対と関連するヒッグス boson の生成の発見可能性を評価すること。
• 異なるMSSMパラメータ領域における \tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0 終状態の崩壊パターンを調査すること。
• 断面積とバックグラウンドの遮断を考慮した場合の実験的観測に最も適した崩壊チャンネルを同定すること。
• LEP2およびTevatronからのスパーティクル質量の実験的制限が、シグナルの妥当性に与える影響を評価すること。
• 一般MSSMとMSUGRAに由来するシナリオとの間で、信号の可視性を比較すること。

提案手法

• MSSMパラメータ空間における多次元スキャンをadScanプログラムを用いて実施し、ストップ質量、A項、tanβ、μ、mAを変化させた。
• \tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0 の生成断面積をフェニマン図計算およびMSSMスペクトルジェネレータを用いて計算した。
• 質量差と混合角に基づき、ストップの cχ₁⁰、bχ₁⁺、tχ₁⁰ への崩壊比率を分析した。
• 低質量（135 GeV未満）における主なモードとして h⁰ → b\bar{b} に注目し、ヒッグス崩壊比率を評価した。
• LEP2およびTevatronからの実験的質量制限を適用し、物理的でないパラメータ点を除外した。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、LHCのトリガーおよびバックグラウンド条件下での最終状態シグネチャとその検出可能性を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMにおける \tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0 終状態の支配的崩壊チャンネルは何か？ また、それらは信号の可視性にどのように影響するか？
• RQ2 \tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0 の生成断面積はMSSMパラメータ空間全体でどのように変化するか？ 特にストップ質量および混合の関係において。
• RQ3 SUSYキャンセレーションによって標準模型の二光子チャンネルが抑制される場合、\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0 チャンネルはヒッグス発見の代替手段として有効であるか？
• RQ4 LEP2およびTevatronからのスパーティクル質量の実験的制限が、このチャンネルの観測可能な断面積に与える影響は何か？
• RQ5 一般MSSMとMSUGRAに由来するシナリオとの間で、最終状態トポロジーおよび検出可能性の観点から信号構造はどのように異なるか？

主な発見

• ストップが charm クォークに崩壊し、ヒッグスが bottom クォークに崩壊する場合、\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0 の断面積は最大で100 pbに達し、これが最も有望なチャンネルである。
• ストップが bottom クォークに崩壊する場合（\tilde{t}_1 → bχ₁⁺）の断面積は約10 pbでピークに達するが、トップクォークへの崩壊（\tilde{t}_1 → tχ₁⁰）では最大100 fbに達する。
• LEP2およびTevatronからの実験的質量制限を適用した後も、\tilde{t}_1 → cχ₁⁰ の断面積は数 pbの検出可能なレベルを維持するが、bχ₁⁺ チャンネルは数 pbに達する。
• 2つの charm クォーク、2つの bottom クォーク、および2つのニュートラリノからの欠落エネルギーを含む最終状態が、高い断面積と明確なトポロジーのおかげで検出に最も適している。
• MSUGRAシナリオでも信号は妥当性を保つが、一般MSSMではスパーティクル質量および混合の自由度が高いため、特定のパラメータ領域でより高い断面積が得られる。
• 4つの b ジェットから、チャージド・ニュートラリノ崩壊からのジェットおよびレプトンに至るまで、多様な最終状態が存在するため、各崩壊チャンネルに特化したトリガーおよびバックグラウンド遮断戦略が不可欠である。