[论文解读] Constraints on invisible Higgs decay in MSSM in the light of diphoton rates from the LHC

Nishita Desai, Biswarup Mukhopadhyaya+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用 26

一句话总结

本论文研究了在保持标准模型类似双光子Higgs衰变率的前提下，纯现象学MSSM中轻量中性ino作为暗物质候选者的可行性。采用完全现象学的MSSM框架，不假设特定的SUSY破缺机制，结果表明，只要中性ino质量较轻（≤50 GeV）且赝标量Higgs质量较大（≥1 TeV），即使双光子衰变率接近标准模型预测，高达10%的Higgs粒子不可见衰变为中性ino也与当前LHC数据相容。

ABSTRACT

We examine the parameter space of the purely phenomenological minimal super- symmetric standard model (MSSM), without assuming any supersymmetry breaking scheme. We find that a large region of the parameter space can indeed yield the lightest neutral Higgs mass around 125 GeV, as suggested by the recent ATLAS data, and also lead to event rates around, or slightly higher than, the standard model expectation in the two-photon and four-lepton channels. Using a lightest neutralino that is considerably lighter than the Higgs, we find that the 'invisible' decay of the Higgs into a pair of neutralinos upto about 10% can be consistent with the current data from the Large Hadron Collider (LHC).

研究动机与目标

• 探索不假设任何特定超对称破缺方案的纯现象学MSSM的参数空间。
• 确定MSSM参数空间中是否存在区域，能够同时重现约125 GeV的Higgs质量以及在γγ和4ℓ衰变道中的标准模型类似信号强度。
• 评估显著的Higgs粒子不可见衰变宽度（衰变为中性ino）与观测到的双光子衰变率之间的相容性，特别是考虑到ATLAS在约125 GeV处的迹象。
• 研究R-奇偶性破坏SUSY的影响，其中最轻中性ino可能不稳定，但仍可影响Higgs衰变。

提出的方法

• 采用完全现象学的MSSM方法，不假设SUSY破缺区，允许μ和mA等关键参数自由变化。
• 包含Higgs势的两圈修正，以将最轻CP偶Higgs质量约束在123–127 GeV的观测范围内。
• 利用有效耦合计算γγ和4ℓ末态的信号强度，特别关注顶夸克、停夸克和超底夸克的圈图贡献。
• 作为中性ino质量及其他MSSM参数的函数，计算Higgs粒子衰变为最轻中性ino对（χ⁰₁）的不可见分支比。
• 系统分析不同mA值下，双光子信号率（Rγγ）与不可见分支比（BR(h→χ⁰₁χ⁰₁)）之间的相关性。
• 聚焦于大mA的解耦极限，以抑制味改变中性流并简化参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不假设特定SUSY破缺机制的前提下，MSSM参数空间能否重现约125 GeV的Higgs质量以及在γγ和4ℓ道中的标准模型类似信号强度？
• RQ2 是否可能在双光子信号率接近标准模型预测的前提下，实现高达10%的Higgs粒子不可见衰变宽度（进入轻量中性ino）？
• RQ3 赝标量Higgs质量（mA）的取值如何影响Rγγ与BR(h→χ⁰₁χ⁰₁)之间的相关性？
• RQ4 当前LHC数据（特别是ATLAS）对MSSM中轻量中性ino的质量和耦合施加了何种约束？
• RQ5 在R-奇偶性破坏的情况下，即使最轻中性ino不稳定，其对Higgs衰变的影响下，轻量中性inoLSP是否仍可作为可行的暗物质候选者？

主要发现

• MSSM参数空间的广大区域可产生约125 GeV的最轻CP偶Higgs玻色子质量，与ATLAS数据一致。
• 即使存在显著的超对称圈图贡献，MSSM中γγ和4ℓ末态的信号强度仍可重现为标准模型类似值。
• 当mA ≥ 1 TeV时，Rγγ在μ和At的广泛取值范围内保持稳定且接近单位值，表明其表现出稳健的标准模型行为。
• 高达10%的不可见Higgs分支比与Rγγ在0.6至0.8之间的值相容，尤其当中性ino质量低于约50 GeV时。
• 即使Rγγ高达0.9，当mA = 1 TeV时，仍存在不可见衰变宽度达10%的区域，表明大不可见衰变可与标准模型类似的双光子衰变率共存。
• 本研究表明，大不可见衰变宽度并不必然与观测到的γγ衰变率不相容，挑战了此类衰变会抑制双光子信号的普遍假设。