[论文解读] Approximate solutions for the Higgs masses and couplings in the NMSSM

R. Nevzorov, D.J. Miller|ArXiv.org|Nov 20, 2004

Black Holes and Theoretical Physics被引用 16

一句话总结

本文在精确和软性破缺的Peccei-Quinn（PQ）对称性下，推导了下一个最小超对称标准模型（NMSSM）中希格斯粒子质量与耦合的近似解析解。研究揭示了由真空稳定性驱动的希格斯谱层级结构：轻希格斯态主要为单态型，与Z玻色子耦合微弱；而较重的希格斯态则主要为双态型，可在对撞机中探测，从而为区分NMSSM与MSSM提供独特信号。

ABSTRACT

We find the approximate solutions for the Higgs masses and couplings in the NMSSM with exact and softly broken PQ--symmetry. The obtained solutions indicate that there exists a mass hierarchy in the Higgs spectrum which is caused by the stability of the physical vacuum.

研究动机与目标

• 在精确和软性破缺PQ对称性下，推导NMSSM中希格斯质量与耦合的近似解析解。
• 理解NMSSM中希格斯质量层级的起源，特别是其与真空稳定性的关联。
• 识别轻希格斯态的显著现象学信号——尤其是抑制的耦合——这些信号可在未来对撞机中将NMSSM与MSSM区分开来。
• 提供高精度匹配数值结果的、准确且可解释的希格斯质量与耦合公式。

提出的方法

• 从包含单态场S的超势出发，推导NMSSM中的希格斯势，包含软性破缺项与三线性耦合。
• 通过要求H1、H2和S在非零真空期望值处具有势能最小值，实现物理真空的稳定。
• 利用小参数的微扰展开，特别是κ相对于λ较小时的极限，推导CP偶和CP奇希格斯质量矩阵的近似解。
• 通过微扰方法处理双态与单态希格斯态之间的混合，得到质量与耦合的解析表达式。
• 通过将近似解与不同m_A下的完整一 Loop 数值结果进行比较，进行数值验证。
• 通过混合角与质量本征态投影计算Z玻色子的耦合，分析其抑制模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 NMSSM中的真空稳定性条件如何导致希格斯质量谱的层级结构？
• RQ2 在具有PQ对称性的NMSSM中，希格斯粒子质量与耦合的近似解析表达式是什么？
• RQ3 为何在软性PQ对称性破缺的NMSSM中，最轻的希格斯态主要为单态型且与Z玻色子耦合微弱？
• RQ4 近似解与完整一 Loop 数值结果在定量上如何比较？
• RQ5 即使重希格斯态不可及，哪些独特的对撞机信号可将具有软性PQ对称性的NMSSM与MSSM区分开来？

主要发现

• 最轻的CP偶希格斯玻色子质量约为130 GeV，且主要为单态型，因此其探测方式与SM或MSSM中的情况大不相同。
• 由于混合结构与真空稳定性约束，最轻CP偶希格斯粒子与Z玻色子及最轻CP奇希格斯粒子的耦合显著被抑制。
• 最重的CP偶与CP奇希格斯态主要为双态型，其与Z玻色子的耦合接近于1。
• 质量与耦合的近似解（公式18–19）在参数空间内与完整一 Loop 数值结果高度一致。
• 当κ ≤ λ²时，轻希格斯态显著轻于重态，其质量由组合(κ/λ)μ决定。
• 若观测到与Z玻色子耦合抑制的轻标量与赝标量希格斯态，但无带电希格斯粒子，即使重态不可及，这也将是具有软性PQ对称性NMSSM的明确信号。