[論文レビュー] Probing degenerate heavy Higgs bosons in NMSSM with vector-like particles

Fei Wang, Wenyu Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 36

ひとこと要約

本稿は、$\mu$-問題を解決しヒッグス生成を強化するためにベクトル代数的粒子を導入することで、次に最小限の超対称標準模型（NMSSM）における縮退した重いヒッグスボソンを調査する。LHCの高質量共鳴子に関するnull結果により、パラメータ空間がきびしく制約されている一方、CP不変およびCP奇のヒッグスボソン $h_2$ および $a_1$ は、最軽い中性ノイドロン $\chi^0_1$ へと見えない崩壊を示し、将来のモノジェット探索（$gg \to h_2/a_1 \to \chi^0_1\chi^0_1 j$）がLHCにおける主要なプローブとなる。

ABSTRACT

In this work, we investigate the degenerate heavy Higgs bosons in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like particles. Such an extension is well motivated from the top-down view since some grand unified theories usually predict the existence of singlet scalars and vector-like particles at weak scale. Under the constraints from the LHC and dark matter experiments, we find that (1) the null results of searching for high mass resonances have tightly constrained the parameter space; (2) two degenerate heavy singlet Higgs bosons $h_2$ and $a_1$ can sizably decay to $χ^0_1χ^0_1$ invisibly. Therefore, search for the monojet events through the process $gg o h_2 / a_1 ( o χ^0_1 χ^0_1) j$ may further test our scenario at the future LHC.

研究の動機と目的

• トップダウンのモデル構築に動機づけられ、NMSSMにおける縮退した重いヒッグスボソンのプロフェッショナリズムを調査すること。
• $\mu$-問題を解決し、シングレットスカラーのダイナミクスとベクトル代数的フェルミオンを用いて、小さな階層問題を緩和すること。
• 現在のLHCおよびダークマターの制約下で、このようなシナリオの妥当性をテストすること。
• 将来のLHC探索に向けた観測可能なシグネチャ、特に見えない崩壊を特定すること。

提案手法

• シングレットスカラー場 $S$ にカップリングするベクトル代数的粒子をNMSSMに導入する。
• 木レベルのヒッグスポテンシャルおよび質量行列形式を用いて、$h_2$ や $a_1$ を含む中性ヒッグス状態の質量と混合を計算する。
• LHC共鳴子探索、ダークマターの残存密度、直接検出の制約を課したパラメータ空間におけるグローバルスキャンを実施する。
• 生成断面積（$gg \to h_2/a_1$）およびブランチ比、特に $\chi^0_1\chi^0_1$ への見えない崩壊を計算する。
• ベクトル代数的クォークのループ寄与による、$h_2/a_1 \to \gamma\gamma$ の二光子崩壊レートを分析する。
• 750 GeVの二光子過剰を説明するベンチマークポイントを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NMSSMにおけるベクトル代数的粒子は、750 GeVの二光子過剰を説明できる、縮退した重いヒッグスボソン $h_2$ および $a_1$ の妥当なシナリオを生成できるか？
• RQ2 現在のLHCによる高質量共鳴子探索は、このモデルにおける縮退した重いヒッグスボソンのパラメータ空間をどのように制約するか？
• RQ3 $h_2$ および $a_1$ の見えない最終状態、特に $\chi^0_1\chi^0_1$ へのブランチ比はどの程度か？
• RQ4 ベクトル代数的クォークのループによる、$gg \to h_2/a_1$ の生成断面積は、観測された二光子信号に一致するように強化可能か？
• RQ5 将来のLHC探索、特にモノジェットチャンネルにおいて、このモデルのテストの見通しはいかがなものか？

主な発見

• LHCの高質量共鳴子に関するnull結果により、縮退した重いヒッグスボソン $h_2$ および $a_1$ のパラメータ空間がきびしく制約された。
• $h_2 \to \chi^0_1\chi^0_1$ のブランチ比は最大30%に達する一方、$a_1 \to \chi^0_1\chi^0_1$ は最大20%に達する。
• 13 TeVにおける $gg \to h_2$ の生成断面積はベンチマークポイントで6.9 pbに達し、$gg \to a_1$ では7.7 pbに達する。
• $h_2$ および $a_1$ の二光子崩壊断面積 $\sigma_{\gamma\gamma}$ は3.22 fbであり、750 GeVの過剰と整合的である。
• $a_1$ の主要崩壊モードは、電荷を帯びたヒッグスノイドンペア $\chi^+ among$ で、ブランチ比は31.4%である。
• 将来のモノジェットイベント探索（$gg \to h_2/a_1 \to \chi^0_1\chi^0_1 j$）は、このシナリオに対する有望なプローブである。