[论文解读] A 125 GeV SM-like Higgs in the MSSM and the rate

Marcela Carena, Stefania Gori+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 61

一句话总结

本文研究了在最小超对称标准模型（MSSM）中，如何使一个125 GeV的类标准模型（SM）希格斯玻色子的双光子衰变率相对于标准模型（SM）得到增强。研究表明，当轻的第三代轻 sleptons 出现大混合时——这在大 tanβ 和显著的 Higgsino 质量参数下自然出现——可以抵消因重 top squarks 导致的双光子衰变率典型抑制，从而为大型强子对撞机（LHC）观测到的希格斯信号提供一个可行的解释。

ABSTRACT

We consider the possibility of a Standard Model (SM)-like Higgs in the context of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), with a mass of about 125 GeV and with a production times decay rate into two photons which is similar or somewhat larger than the SM one. The relatively large value of the SM-like Higgs mass demands stops in the several hundred GeV mass range with somewhat large mixing, or a large hierarchy between the two stop masses in the case that one of the two stops is light. We nd that, in general, if the heaviest stop mass is smaller than a few TeV, the rate of gluon fusion production of Higgs bosons decaying into two photons tends to be somewhat suppressed with respect to the SM one in this region of parameters. However, we show that an enhancement of the photon decay rate may be obtained for light third generation sleptons with large mixing, which can be naturally obtained for large values of tan and sizable values of the Higgsino mass parameter.

研究动机与目标

• 理解在MSSM中，一个125 GeV的类SM希格斯玻色子如何实现双光子衰变率接近或超过SM预测值。
• 识别MSSM中允许在重top squarks导致典型抑制的条件下，通过胶子融合过程增强希格斯产生并衰变为两个光子的参数区域。
• 探讨第三代sleptons质量与混合在调节希格斯玻色子衰变为光子过程中的作用。
• 确定大 tanβ 和显著的Higgsino质量参数是否能自然导致实现衰变率增强所必需的slepton混合。

提出的方法

• 对MSSM希格斯 sector 进行解析与数值分析，重点研究希格斯玻色子与光子耦合的圈修正。
• 纳入top squark 与 sfermion 对希格斯产生与衰变振幅的贡献，特别是胶子融合通道。
• 评估有效希格斯玻色子与光子的耦合，包括来自顶夸克、top squarks 与第三代sleptons 的贡献。
• 使用复质量方案与规范跑动方法，处理具有大混合参数的MSSM中的圈修正。
• 对top squark 质量、混合角、tanβ 与 Higgsino 质量参数进行参数扫描，以识别双光子衰变率增强的区域。
• 将计算得到的双光子衰变率与SM预测进行比较，以评估模型的偏离程度与可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，一个125 GeV的类SM希格斯玻色子能否实现与SM预测相当或更高的双光子衰变率？
• RQ2 具有大混合的第三代sleptons在增强希格斯玻色子衰变为两个光子的过程中起什么作用？
• RQ3 top squark 质量与混合如何影响MSSM中双光子衰变率的抑制？
• RQ4 在 tanβ 与 Higgsino 质量参数满足何种条件下，可以自然实现大slepton混合？
• RQ5 是否可能在MSSM中同时实现重top squark谱与增强的双光子信号？

主要发现

• 在MSSM中，一个125 GeV的类SM希格斯玻色子通常因重top squarks而导致双光子衰变率被抑制，特别是当最重的top squark 质量低于几TeV时。
• 第三代sleptons中出现大混合可显著增强双光子衰变率，从而抵消来自top squark 圈图的抑制效应。
• 当 tanβ 较大且Higgsino质量参数显著时，此类大slepton混合可自然实现。
• 双光子衰变率的增强源于sleptons与希格斯玻色子圈图中的干涉效应，表现为相长干涉。
• 只要第三代slepton部分通过大混合进行调制，该模型在top squark 质量为几百GeV量级时仍具可行性。
• 该模型无需引入极重的top squark 或精细调参，即可解释LHC中观测到的双光子希格斯信号率。