[论文解读] Persistent Fine-Tuning in Supersymmetry and the NMSSM

Philip Schuster, Natalia Toro|ArXiv.org|Dec 15, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 22

一句话总结

本文研究了在下一个最小超对称标准模型（NMSSM）中的微调问题，表明尽管修改后的希格斯 sector 可以减少来自大质量顶夸克的微调，但会引入新的、与模型相关的微调。研究发现，电弱对称性自发破缺和希格斯粒子不可见性要求软质量与 A-项存在 1–10% 的微调，因此尽管 NMSSM 有潜力将希格斯玻色子隐藏在 112 GeV 以下，但其仍面临持续存在的微调问题。

ABSTRACT

We examine the use of modified Higgs sectors to address the little hierarchy problem of supersymmetry. Such models reduce weak-scale fine-tuning by allowing lighter stops, but they retain some fine-tuning independent of the Higgs. The modified Higgs sector can also introduce model-dependent tunings. We consider the model-independent constraints on naturalness from squark, gluino, chargino and neutralino searches, as well as the model-dependent tuning in the PQ- and R-symmetric limits of the NMSSM, where cascade decays or additional quartic interactions can hide a Higgs without relying on heavy stops. Obtaining viable electroweak symmetry breaking requires a tuning of $\sim 1-10%$ in the PQ limit. A large A-term is also necessary to make charginos sufficiently heavy, and this introduces an additional weak-scale tuning of $\sim 10%$. The R-symmetric limit requires large marginal couplings, a large singlet soft mass, and a tuning of $\sim 5-10%$ to break electroweak symmetry. Hiding MSSM-like Higgs states below $\approx 112$ GeV requires additional tunings of A-terms at the $\sim 1-10%$ level. Thus, although the NMSSM has rich discovery potential, it suffers from a unique fine-tuning problem of its own.

研究动机与目标

• 分析 NMSSM 是否通过减少大质量顶夸克带来的微调，从而解决超对称理论中的小层次问题。
• 研究 NMSSM 中与模型无关和与模型相关的微调来源，特别是在 PQ 对称与 R 对称极限下的情况。
• 确定为将 MSSM 类希格斯玻色子隐藏在 112 GeV 以下，同时满足对 chargino、neutralino 和希格斯衰变的 LEP 约束，所需微调的程度。
• 评估 NMSSM 丰富现象学是否以引入新的、不可避免的微调为代价。
• 将 NMSSM 的微调程度与 MSSM 进行比较，判断微调的转移是否构成有意义的改进。

提出的方法

• 分析来自 LEP 和 Tevatron 对 squarks、gluinos、charginos 和 neutralinos 的约束，以量化弱尺度下的微调。
• 评估 NMSSM 的 PQ 对称极限，其中一种伪戈戈斯通玻色子可实现级联衰变，从而将轻希格斯玻色子隐藏在约 110 GeV 以下。
• 研究 R 对称极限，该极限要求大耦合常数与大软质量，以自然地隐藏希格斯玻色子并实现电弱对称性破缺。
• 量化在软质量（m_Hu², m_S²）与 A-项中，为实现可行的电弱对称性破缺，其微调程度达到 1–10% 的水平。
• 考虑 A-项微调对规避 Higgs 搜索约束的影响，当 MSSM 类希格斯玻色子低于 112 GeV 时尤为关键。
• 将 NMSSM 中的微调与 MSSM 进行比较，强调 NMSSM 仅转移而非消除了微调问题。

实验结果

研究问题

• RQ1 NMSSM 是否通过允许更轻的顶夸克并避免大质量顶夸克带来的微调，从而减轻小层次问题？
• RQ2 在 PQ 与 R 对称极限下，NMSSM 的软质量与 A-项需要多高的微调程度，才能实现电弱对称性破缺？
• RQ3 为将 MSSM 类希格斯玻色子隐藏在约 112 GeV 以下，同时规避 LEP 对 Higgs 与 chargino/neutralino 的约束，需要多少微调？
• RQ4 与 MSSM 相比，NMSSM 的修改后希格斯 sector 是否能避免引入新的微调来源？
• RQ5 NMSSM 中希格斯 sector 与谱的微调程度是否低于 MSSM 中 Z 玻色子质量的微调？

主要发现

• 在 PQ 对称极限下，为实现正确的 Z 玻色子质量，电弱对称性破缺要求上型与单态软质量的微调达到 1–10%。
• 为使希格斯ino 质量高于 LEP 约束，需引入大 Aλ 项（约 300–350），这在弱尺度谱中引入了额外的 10% 微调。
• 在 R 对称极限下，软质量与耦合常数需 5–10% 的微调以实现电弱对称性破缺，且需大 λ 与 κ > 0.6 以避免 Landau 极点。
• 为将 MSSM 类希格斯玻色子隐藏在约 112 GeV 以下，需对 A-项进行 1–10% 的微调，以抑制 b̄b 衰变分支比并规避 LEP 排除。
• 即使在 PQ 极限下，通过级联衰变隐藏希格斯玻色子，但对大 Aλ 与小软质量的依赖仍引入了与 MSSM 相当或更严重的微调。
• NMSSM 并未消除微调问题；相反，它将微调重新定位至希格斯 sector 与希格斯ino 质量，导致持续存在的微调问题。