[论文解读] Constraints on Higgs Properties and SUSY Partners in the pMSSM

M. Cahill-Rowley, JoAnne L. Hewett+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用 12

一句话总结

本文研究了在唯象MSSM（pMSSM）中，希格斯玻色子性质与超对称（SUSY）粒子约束之间的相互作用，采用19/20个参数的框架，探讨了LHC与ILC的探测灵敏度。研究发现，尤其在500 GeV ILC上进行的精确希格斯耦合测量，能够排除LHC直接SUSY搜索（即使在3 ab⁻¹的14 TeV数据下）无法探测到的pMSSM模型。

ABSTRACT

Direct searches for superpartners and precision measurements of the properties of the $\sim 126$ GeV Higgs boson lead to important inter-dependent constraints on the underlying parameter space of the MSSM. The 19/20-parameter p(henomenological)MSSM offers a flexible framework for the study of a wide variety of both Higgs and SUSY phenomena at the LHC and elsewhere. Within this scenario we address the following questions: `What will potentially null searches for SUSY at the LHC tell us about the possible properties of the Higgs boson?' and, conversely, `What do precision measurements of the properties of the Higgs tell us about the possible properties of the various superpartners?' Clearly the answers to such questions will be functions of both the collision energy of the LHC as well as the accumulated integrated luminosity. We address these questions employing several sets of pMSSM models having either neutralino or gravitino LSPs, making use of the ATLAS SUSY analyses at the 7/8 TeV LHC as well as planned SUSY and Higgs analyses at the 14 TeV LHC and the ILC. Except for theoretical uncertainties that remain to be accounted for in the ratios of SUSY and SM couplings, we demonstrate that Higgs coupling measurements at the 14 TeV LHC, and particularly at the 500 GeV ILC, will be sensitive to regions of the pMSSM model space that are not accessible to direct SUSY searches.

研究动机与目标

• 理解LHC上直接SUSY搜索的空结果如何约束126 GeV希格斯玻色子的性质。
• 确定精确希格斯耦合测量揭示的pMSSM中SUSY伴子性质。
• 评估14 TeV LHC与500 GeV ILC在探测pMSSM参数空间方面的互补灵敏度。
• 评估希格斯耦合计算中的理论不确定性对模型排除的影响。
• 识别在结合LHC与ILC数据后仍保持可行的pMSSM参数空间区域。

提出的方法

• 采用19/20个参数的pMSSM框架，假设CP守恒、最小味破坏、第一/第二代标量费米子质量简并，且第一二阶代的Yukawa耦合可忽略。
• 使用SOFTSUSY生成约3.7 × 10⁶个pMSSM模型点，并通过SuSpect验证，随后施加对撞机、味物理、精确测量、暗物质及理论约束。
• 使用修改后的SUSY-HIT与HDECAY程序，计算模型空间中SUSY粒子的衰变模式与希格斯分支比。
• 模拟ATLAS在7/8 TeV下的SUSY分析，以及计划中的14 TeV LHC与ILC搜索，以评估探测潜力。
• 在不同亮度与能量场景下分析模型排除率，包括300 fb⁻¹与3 ab⁻¹的14 TeV LHC数据，以及500 GeV ILC运行。
• 聚焦于希格斯玻色子到bb̄、ττ、gg、γγ与隐形衰变模式的耦合，并评估空的SUSY搜索如何影响对希格斯性质的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC上直接SUSY搜索的空结果如何影响希格斯分支比与耦合比值的允许范围？
• RQ2 在14 TeV LHC与500 GeV ILC上，精确希格斯耦合测量在多大程度上能探测到通过直接SUSY搜索无法触及的pMSSM模型？
• RQ3 哪个希格斯耦合通道对pMSSM参数空间的约束最强？这种约束在测量值偏离标准模型预期时如何变化？
• RQ4 即使在3 ab⁻¹积分亮度下，Higgs耦合测量能否排除那些在最灵敏的14 TeV LHC SUSY搜索中仍存活的模型？
• RQ5 希格斯耦合计算中的理论不确定性如何影响模型排除结果的稳健性？

主要发现

• LHC上直接SUSY搜索的空结果缩小了pMSSM模型分布的范围，但未显著改变其形状，表明希格斯分支比与标准模型值的偏离仍主要不受这些搜索的约束。
• 在500 GeV ILC上进行的精确希格斯耦合测量，能够排除那些14 TeV LHC零轻子、喷注+缺失能量搜索无法探测到的pMSSM模型，即使在3 ab⁻¹的积分亮度下亦然。
• 在300 fb⁻¹的14 TeV LHC数据后，93.1%的中性子为LSP的pMSSM模型被ILC的希格斯耦合测量排除，HL-ILC情景下则上升至100%。
• 在pMSSM中，$h \to b\bar{b}$耦合与标准模型值的偏离最大，因此当偏离不被假设为零时，该通道对排除模型最为敏感。
• 若$h \to gg$耦合偏离标准模型预测（由实现正确希格斯质量所必需的停止夸克圈所驱动），则ILC对$r_{gg}$的测量可排除几乎所有考虑的pMSSM模型，尤其当观测值与pMSSM预测方向一致时。
• 在本研究的假设下，$h \to \gamma\gamma$通道在pMSSM中不具排除能力，因其在整个模型空间中均与标准模型预测一致。