[论文解读] A Rediatively Light Stop Saves the Best Global Fit for Higgs Boson Mass and Decays

Zhaofeng Kang, Tianjun Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 11

一句话总结

本文提出，通过大负值的胶带子辐射修正，使停止夸克的极值质量显著降低，从而实现辐射轻的停止夸克，可同时解释观测到的希格斯玻色子质量（约125 GeV）以及对希格斯衰变异常的最佳全局拟合（BGF），包括抑制的 $\Gamma(h\to gg)$ 和增强的 $\Gamma(h\to\gamma\gamma)$。在 $M_3 \lesssim 1.5$ TeV 且最小调谐的 NMSSM 中，停止质量 $m_{\tilde{t}_1} \approx 130$ GeV 可避开当前 LHC 限制，并在不需重胶带子的情况下实现 BGF。

ABSTRACT

The LHC discovered the Standard Model (SM) like Higgs boson with mass around 125 GeV. However, there exist hints of deviations from Higgs decays. Including the Tevatron data, the deviations can be explained by the extremely mixed stop sector in the sense of best global fit (BGF). We analyze the relations among the competing reduced coupling hGG, Higgs boson mass,and LHC stop mass m_{\wt t_1} lower bound at the tree- and one-loop level. In particular, we point out that we use the light stop running mass in the Higgs boson mass calculation while the light stop pole mass in the Higgs decays. So the gluino radiative correction on the light stop mass plays the crucial role. Its large negative correction saves the GBF in the Minimal Supersymmetric SM (MSSM) and the next to the MSSM (NMSSM) constrained by the perturbativity. Moreover, a light stop is predicted: in the MSSM if we set the gluino mass M_3\lesssim4 TeV, we have m_{\wt t_1}

研究动机与目标

• 为解决观测到的希格斯玻色子质量（约125 GeV）与对希格斯衰变异常的最佳全局拟合（BGF）之间的张力，包括抑制的 $\Gamma(h\to gg)$ 和增强的 $\Gamma(h\to\gamma\gamma)$。
• 探讨尽管存在一个较重的 SM 类希格斯玻色子，BGF 是否仍可在 MSSM 和 NMSSM 中实现。
• 确定在何种条件下轻量停止夸克可避开 LHC 排除界限，同时符合 BGF。
• 考察胶带子辐射修正在将停止极值质量降低至顶夸克质量以下的作用，从而实现 BGF。

提出的方法

• 使用一阶圈修正计算 MSSM 和 NMSSM 中的希格斯质量，其中停止混合参数为 $\eta_t = X_t / m_{\tilde{t}}$。
• 在希格斯质量计算中使用运行质量，在希格斯衰变宽度计算中使用极值质量，强调胶带子辐射修正的重要性。
• 采用归一化耦合 $c_g = \Gamma(h\to gg)/\Gamma^{\rm SM}(h\to gg)$ 和 $c_\gamma = \Gamma(h\to\gamma\gamma)/\Gamma^{\rm SM}(h\to\gamma\gamma)$ 来量化与标准模型的偏离。
• 使用 MadGraph5 模拟 7 TeV LHC 下的停止对产生，包含初态辐射（ISR）喷注，$x_{\rm qcut} = 30$ GeV 且在 shower-kt 方案中 QCUT = 50 GeV。
• 使用 Pythia 进行部分子喷注、强子化和通过 PGS 的探测器模拟，并将信号区域与 ATLAS 喷注 + $E_T^{\rm miss}$ 搜索限制进行比较。
• 使用 Prospino2 计算 k 因子以估计 NLO 修正，发现当 $m_{\tilde{t}_1} \sim 130$ GeV 时，$K \approx 1.5$。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管希格斯质量约为 125 GeV，最佳全局拟合（BGF）是否仍可在 MSSM 和 NMSSM 中实现？
• RQ2 胶带子辐射修正如何影响停止极值质量？它们是否能使轻量停止满足 BGF？
• RQ3 在 NMSSM 中，在最小调谐下，与 BGF 和 LHC 约束一致的最小停止质量是多少？
• RQ4 为何质量小于顶夸克的轻量停止（$m_{\tilde{t}_1} < m_t$）能避开当前 LHC 搜索？何种衰变拓扑结构使其成为可能？
• RQ5 在 $M_3 \lesssim 1.5$ TeV 条件下，约 130 GeV 的停止质量是否可在 NMSSM 中实现而无需过度精细调谐？

主要发现

• 大的负值胶带子辐射修正可显著降低停止极值质量，使其远低于其运行质量，从而在 MSSM 中即使 $M_3 \lesssim 4$ TeV 也能实现 BGF。
• 在 MSSM 中，若 $M_3 \lesssim 4$ TeV，则预测轻量停止质量满足 $m_{\tilde{t}_1} < m_t$，从而避开直接 LHC 约束。
• 在最小调谐的 NMSSM 中，$M_3 \simeq 1.5$ TeV 可使 $m_{\tilde{t}_1} \simeq 130$ GeV，与 BGF 和 LHC 约束一致。
• 停止主要通过 $\tilde{t}_1 \to c + \chi_1^0$ 衰变为约 100 GeV 的希巴利纳类 LSP，产生喷注 + $E_T^{\rm miss}$ 签别，从而避开当前单喷注限制。
• ATLAS 在 4.7/fb 下的喷注 + $E_T^{\rm miss}$ 搜索未排除该情形，信号区域事件数（如 SRC-loo 中的 15.10）低于观测上限。
• 该模型预测最轻中性子质量在 $100 < m_{\chi_1^0} < 130$ GeV 范围内，与可行的暗物质候选者一致。