[논문 리뷰] Light Higgs Scenario in BMSSM and LEP Precision Data

Kyu Jung Bae, Radovan Dermíšek외 3명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 Beyond MSSM (BMSSM) 프레임워크 내에서 경량 힉스 보손을 제안한다. 여기서 CP-홀드(A) 및 CP-짝성(h) 힉스 보손은 매우 가볍다(m_A ~ 7–8 GeV, m_h ~ 70 GeV)로써, LEP에서 Z→hA 붕괴가 가능해진다. 이 시나리오는 경량 스토퍼-차지노-루프에 의한 상쇄로, b→sγ 제약과 LEP 정밀도 데이터와 일관되게 유지되면서, 바텀 쿼크의 전방-후방 비대칭도(A_fb^b)의 긴장 문제를 완화시킨다.

ABSTRACT

In this Letter we consider very light Higgs fields in BMSSM(Beyond MSSM). The spectrum below TeV scale is the same as the MSSM but the Higgs potential is modified and is well described in terms of effective dimension five and six operators. A correction from the BMSSM operators allows us to consider new parameter space of Higgs sector which is not allowed in the MSSM. It can be regarded as a constrained version of general 2 Higgs doublet model (2HDM) as long as Higgs sector is concerned. We focus on the possibility that CP odd Higgs (A) mass is about 7 or 8 GeV and charged Higgs mass is comparable to W mass. At the same time one of the CP even Higgs (h) is light enough such that h and A production at the Z pole is kinematically allowed. The tension between forward backward asymmetry of bottom quark Ab_FB measured at LEP and the Standard Model prediction can be ameliorated if bottom quark pair produced from light CP even Higgs is taken into account.

연구 동기 및 목표

• LEP 정밀도 데이터의 이질성, 특히 바텀 쿼크 쌍에서의 전방-후방 비대칭도에 대한 설명이 가능한 BMSSM 내 경량 힉스 시나리오를 탐색하는 것.
• 기존의 LEP 및 플레이버 물리 제약과 일관되면서도, 매우 경량의 CP-홀드 힉스(A)와 경량의 CP-짝성 힉스(h)가 BMSSM 내에서 공존할 수 있는지 조사하는 것.
• 관측된 SM 예측과 LEP에서 측정된 A_fb^b 사이의 긴장이 힉스 보손의 바텀 쿼크 붕괴 기여로 완화될 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 이 연구는 고에너지 스케일의 새로운 물리 현상을 통합하여, BMSSM의 힉스 포텐셜을 수정하는 차원 5 및 6 연산자를 생성하는 효과적 장 이론 접근법을 사용한다.
• 모델은 TeV 이하 스케일에서 MSSM과 동일한 스펙트럼을 가정하며, 고차원 연산자를 통한 힉스 결합 및 질량의 수정을 포함한다.
• 분석은 효과적 연산자 구조를 사용하여, m_A ≤ 10 GeV인 경량의 CP-홀드 힉스(A)와 m_h ~ 70 GeV인 경량의 CP-짝성 힉스(h)를 허용함으로써, LEP에서 Z→hA 붕괴가 가능하도록 한다.
• 전자기적 정밀도 관측량에 대한 영향은 수정된 힉스 결합을 사용하여 h→bb̄ 기여가 A_fb^b 및 R_b에 미치는 영향을 평가함으로써 평가된다.
• b→sγ 제약은 양성 힉스와 스토퍼-차지노 루프 간의 상쇄를 요구하며, 경량의 스토퍼 및 차지노 질량(m_stop < 160 GeV)으로 브랜칭 비율을 억제한다.
• 수치 결과는 SuperIso v2.3를 사용하여 생성되었으며, 타당한 영역을 식별하기 위해 μ, ε₁, tanβ 및 기타 SUSY 붕괴 매개변수에 대한 파라미터 스캔을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LEP 정밀도 데이터와 일관되면서도, BMSSM 프레임워크 내에서 경량의 CP-홀드 힉스(m_A ~ 7–8 GeV)와 경량의 CP-짝성 힉스(m_h ~ 70 GeV)가 공존할 수 있는가?
• RQ2 히iggs 보손의 바텀 쿼크 붕괴(h→bb̄)가 LEP에서 측정된 바텀 쿼크의 전방-후방 비대칭도(A_fb^b)에 어느 정도의 영향을 미칠 수 있는가?
• RQ3 SM 예측과의 관측된 불일치를 R_b의 일치를 훼손하지 않으면서 BMSSM 프레임워크 내에서 해소할 수 있는가?
• RQ4 BMSSM 연산자가 양성 힉스 질량이 m_H± ~ m_W 수준으로 경량이면서도 b→sγ 제약과 일관되게 유지되도록, 차지노 및 스토퍼 세그먼트를 어떻게 수정하는가?
• RQ5 경량 힉스 시나리오 내에서 b→sγ 브랜칭 비율의 상쇄를 달성하기 위해 스토퍼 및 차지노의 필요 질량 스케일은 무엇인가?

주요 결과

• 경량의 CP-홀드 힉스(m_A ~ 7–8 GeV)와 경량의 CP-짝성 힉스(m_h ~ 70 GeV)는 BMSSM 내에서 타당하며, LEP에서 Z→hA 붕괴가 운동역학적으로 가능하다.
• h→bb̄ 붕괴에서 유래하는 바텀 쿼크 쌍은 전방-후방 비대칭도(A_fb^b)에 상당한 영향을 미치며, tanβ ~ 1.5–2 범위에서 LEP 측정치와의 긴장을 감소시킨다.
• 경량의 스토퍼 및 차지노 질량(m_stop < 160 GeV)을 가질 경우, 브랜칭 비율이 양성 힉스 기여와 상쇄되어 b→sγ 측정 브랜칭 비율과 일관된다.
• BMSSM의 효과적 연산자 구조는 ε₁에 의해 μ 항이 20–30% 증가할 수 있도록 허용하며, 이는 차지노 및 스토퍼 혼합 행렬을 수정하고 필요한 상쇄를 가능하게 한다.
• M₂ ~ 200 GeV 및 ε₁ ~ 0.0096일 경우, SuperIso v2.3에 의해 확인된 lin 2σ 호환성 b→sγ 브랜칭 비율을 tanβ ~ 1.9에서 달성한다.
• 모델은 W 보손 질량에 가까운 양성 힉스 질량(m_H± ~ m_W)을 예측하며, 경량 스토퍼-차지노 루프와 조합될 경우 현재의 실험적 제약과 일치한다.