[论文解读] A 96 GeV Higgs boson in the general NMSSM

Kiwoon Choi, Sang Hui Im+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 39被引用 6

一句话总结

本文提出，在一般NMSSM中，一个类似单重态的希格斯玻色子可同时解释LEP实验中$e^+e^- \to Z(b\bar{b})$的过剩信号与CMS在96 GeV处观测到的双光子过剩信号，同时保持125 GeV的SM型希格斯玻色子。该模型要求通过单重态耦合和希格斯ino质量参数诱导显著的混合，导致双态希格斯玻色子质量超过500 GeV，并通过带电希格斯ino贡献使希格斯玻色子与光子的耦合发生改变。

ABSTRACT

Physics beyond the Standard Model (SM) may manifest itself as small deviations from the SM predictions for Higgs signal strengths at 125 GeV. Then, a plausible and interesting possibility is that the Higgs sector is extended and at the weak scale there appears an additional Higgs boson weakly coupled to the SM sector. Combined with the LEP excess in $e^+e^- o Z(h o b\bar b)$, the diphoton excess around 96 GeV recently reported by CMS may suggest such a possibility. We examine if those LEP and CMS excesses can be explained simultaneously by a singlet-like Higgs boson in the general next-to-minimal supersymmetric Standard Model (NMSSM). Higgs mixing in the NMSSM relies on the singlet coupling to the MSSM Higgs doublets and the higgsino mass parameter, and thus is subject to the constraints on these supersymmetric parameters. We find that the NMSSM can account for both the LEP and CMS excesses at 96 GeV while accommodating the observed 125 GeV SM-like Higgs boson. Interestingly, the required mixing angles constrain the heavy doublet Higgs boson to be heavier than about 500 GeV. We also show that the viable region of mixing parameter space is considerably modified if the higgsino mass parameter is around the weak scale, mainly because of the Higgs coupling to photons induced by the charged higgsinos.

研究动机与目标

• 探讨在NMSSM中，一个新希格斯玻色子是否能同时解释CMS观测到的96 GeV双光子过剩与LEP实验中$e^+e^- \to Z(b\bar{b})$的过剩信号。
• 研究观测到的125 GeV SM型希格斯玻色子对NMSSM参数空间施加的约束。
• 研究希格斯ino质量参数与希格斯混合对同时解释两个过剩信号的可行性的影响。
• 确定为与观测信号一致，较重的双态希格斯玻色子所需的质量尺度。

提出的方法

• 本研究采用一般NMSSM框架，其中单重态希格斯玻色子通过单重态耦合和希格斯ino质量参数与MSSM希格斯双态发生混合。
• 分析希格斯信号强度与衰变率，特别关注双光子和$Zb\bar{b}$末态，利用LEP与CMS数据的约束条件。
• 模型包含由混合角决定的希格斯混合效应，混合角取决于单重态耦合与希格斯ino质量参数。
• 计算希格斯玻色子与光子的耦合，包括带电希格斯ino的贡献，当希格斯ino质量参数接近弱能标时，该贡献显著增强。
• 在125 GeV希格斯信号强度与96 GeV过剩信号的约束下扫描参数空间，重点关注可行的混合角与质量尺度。
• 利用理论与实验约束排除与观测希格斯能谱不一致的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在一般NMSSM中，一个单重态型希格斯玻色子能否同时解释96 GeV双光子过剩与LEP $Zb\bar{b}$过剩？
• RQ2 125 GeV SM型希格斯玻色子的存在对NMSSM参数空间施加了何种约束，特别是对较重双态希格斯玻色子质量的影响？
• RQ3 希格斯ino质量参数如何影响希格斯玻色子与光子的耦合以及模型的可行性？
• RQ4 为重现观测到的信号强度，单重态与双态希格斯态之间的混合角需要满足什么条件？
• RQ5 带电希格斯ino的存在如何改变NMSSM中希格斯玻色子衰变为光子的性质？

主要发现

• 该模型可通过一般NMSSM中的单重态型希格斯玻色子，同时解释96 GeV双光子过剩与LEP $Zb\bar{b}$过剩。
• 所需混合角将较重的双态希格斯玻色子质量限制在约500 GeV以上。
• 当希格斯ino质量参数接近弱能标时，由于带电希格斯ino贡献，希格斯玻色子与光子的耦合显著增强。
• 由于这些增强的光子耦合，混合参数空间的可行区域在希格斯ino质量参数接近弱能标时发生显著改变。
• 只要混合参数与质量参数适当调制，该模型仍与125 GeV希格斯信号强度保持一致。