[论文解读] Di-photon Higgs Decay in SUSY with CP Violation

S. Hesselbach, Stefano Moretti+2 more|ArXiv.org|Oct 25, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文研究了在CP破坏的MSSM中，CP破坏对最轻中性Higgs玻色子（H₁→γγ）二光子衰变分支比的影响。通过使用具有复μ参数的CP破坏MSSM的一圈计算，发现当轻量top squark（m̃t₁ ≈ 200 GeV）时，与重top squark（≈1 TeV）相比，分支比可增强或抑制超过50%，尤其是在φμ ≈ 90°时，而其他超对称粒子的影响可忽略不计。

ABSTRACT

Physical Higgs particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) with explicit CP violation are CP mixed states. The decay of these Higgs particles can be analysed to study the CP properties of the MSSM. In the present work we consider the di-photon channel of the lightest neutral Higgs boson for this purpose. Compared to earlier studies on effects of scalar/pseudo-scalar mixing, our analysis also investigates the effect due to Higgs-sfermion-sfermion couplings along with that of mixing. We find that a light stop may have a strong impact on the width and Branching Ratio (BR) of the decay process H1 --> gamma.gamma, whereas other light sparticles have only little influence. In some regions of the MSSM parameter space with large CP-violating phase phi-mu ~ 90 deg a light (~ 200 GeV) stop can change the di-photon BR by more than 50 % compared to the case with heavy (~ 1 TeV) stop and otherwise same MSSM parameters.

研究动机与目标

• 研究在CP破坏MSSM中，CP破坏对最轻Higgs玻色子（H₁→γγ）二光子衰变分支比的影响。
• 分离衰变振幅中来自标量/赝标量混合与Higgs-sfermion-sfermion圈图贡献的效应。
• 评估H₁→γγ分支比对最轻top squark质量（t̃₁）和CP破坏相位φμ的敏感性。
• 确定LHC是否可通过H₁→γγ测量区分CP守恒与CP破坏MSSM情形。
• 评估在|μ|、|Af|和tanβ等关键SUSY参数变化下，结果的鲁棒性。

提出的方法

• 使用公开的Fortran程序CPSuperH v2计算CP破坏MSSM中的Higgs质量谱、混合角和衰变宽度。
• 对约10万个MSSM参数点进行随机扫描，以描绘BR(H₁→γγ)随φμ和top squark质量的变化行为。
• 通过包含费米子、sfermion、W±、带电Higgs和chargino的一圈费曼图，计算γγ衰变振幅。
• 追踪Higgs质量本征态M_H₁随φμ的变化，以在不同φμ值之间比较分支比时校正质量位移。
• 固定所有MSSM参数，仅改变M̃t₁和φμ，并调节M_H⁺以探测H₁与H₂显著混合的交叉区域。
• 对比重top squark（M̃t₁ = 1 TeV）与轻top squark（M̃t₁ = 250 GeV，m̃t₁ ≈ 200 GeV）的情形，以隔离top squark在CP破坏效应中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，CP破坏相位φμ如何影响H₁→γγ的分支比，尤其是在存在轻量sfermion时？
• RQ2 与重top squark相比，质量约为200 GeV的轻top squark在多大程度上改变了H₁→γγ分支比对φμ的依赖性？
• RQ3 Higgs-sfermion-sfermion圈图与标量/赝标量混合在H₁→γγ中CP破坏效应的相对贡献分别是什么？
• RQ4 LHC是否能通过H₁→γγ衰变道区分CP守恒与CP破坏MSSM情形？
• RQ5 在存在轻top squark的情况下，|μ|、|Af|和tanβ的变化如何影响H₁→γγ分支比对φμ的依赖性？

主要发现

• 当top squark质量约为200 GeV时，与重top squark情形（≈1 TeV）相比，H₁的二光子分支比可改变超过50%，尤其在φμ ≈ 90°时。
• 在SUSY粒子质量较重的场景中，由于对W±和top夸克的CP破坏耦合，当φμ = 90°时，BR(H₁→γγ)可增加高达50%。
• 当存在轻top squark时，分支比对φμ的依赖关系变为非单调，峰值出现在φμ ≈ 40°附近，而在φμ = 180°时下降至最大值的约50%。
• 即使在高tanβ（高达50）时，其他轻量sfermion如sbottom和stau对H₁→γγ分支比的影响也可忽略不计。
• 由于φμ引起的物理Higgs质量M_H₁的偏移在LHC实验预期不确定度范围（≈1–2 GeV）内，因此可合理地在不同φμ值之间直接比较分支比。
• 减小|Af|会增强轻top squark情形下分支比对φμ的依赖性，而减小|μ|则会抑制整体对φμ的敏感性。