[论文解读] Higgs bosons in the NMSSM with exact and slightly broken PQ-symmetry

D.J. Miller, Stefano Moretti+1 more|ArXiv.org|Jan 15, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 21

一句话总结

本文研究了在精确或轻微破缺的Peccei-Quinn（PQ）对称性下，下一个最小超对称标准模型（NMSSM）的希格斯 sector，表明真空稳定性与LEP约束强制要求赝标量希格斯玻色子质量 $m_A$ 与 $\mu\tan\beta$ 之间存在强烈关联，从而即使在未探测到重希格斯态的情况下，也能通过独特信号区分NMSSM与MSSM。最轻的CP偶和CP奇希格斯玻色子主要为单态，其质量由 $\kappa/\lambda \cdot \mu$ 决定，且其对Z玻色子的耦合被抑制，因此即使质量较轻也能逃避LEP探测。

ABSTRACT

We explore the Higgs sector of the NMSSM in the limit when the Peccei--Quinn symmetry is exact or only slightly broken. In this case the Higgs spectrum has a hierarchical structure which is caused by the stability of the physical vacuum. We find a strong correlation between the parameters of the NMSSM if $κ=0$ or $κ\lesssim λ^2$. It allows one to distinguish the NMSSM with exact or softly broken PQ-symmetry from the MSSM even when extra scalar and pseudoscalar Higgs states escape direct detection.

研究动机与目标

• 研究在精确或轻微破缺Peccei-Quinn（PQ）对称性下的NMSSM希格斯sector。
• 识别可使NMSSM与MSSM区分开来的独特信号，即使在未直接观测到额外希格斯态的情况下亦可。
• 分析真空稳定性与LEP实验限制对具有PQ对称性的NMSSM参数空间施加的约束。
• 确定$\kappa$参数在分裂希格斯谱并稳定真空中的作用。

提出的方法

• 分析包含超势 $W = \lambda S(H_1\epsilon H_2) + \frac{1}{3}\kappa S^3$ 的NMSSM树幅希格斯势，包含$F$、$D$及软性破缺项。
• 研究$\kappa = 0$（精确PQ对称性）与$\kappa \ll \lambda^2$（轻微破缺PQ对称性）的极限，以评估真空稳定性与质量谱结构。
• 应用LEP对轻希格斯态与Z玻色子耦合的限制，以确定可行的参数区域。
• 利用希格斯粒子与Z玻色子耦合的总和规则，表明轻CP偶与CP奇希格斯玻色子必须具有抑制的耦合，以避免被探测到。
• 评估跑动的规范群流，以判断小$\kappa$值是否能自然地从NMSSM动力学中产生。
• 推导轻与重希格斯态之间的质量分裂，其中重态在 $m_A \approx \mu\tan\beta$ 处简并。

实验结果

研究问题

• RQ1 在精确或轻微破缺Peccei-Quinn对称性下，NMSSM的希格斯谱如何表现？
• RQ2 当 $\kappa = 0$ 或 $\kappa \ll \lambda^2$ 时，真空稳定性对NMSSM参数空间施加了何种约束？
• RQ3 如果在对撞机中未发现额外的希格斯态，NMSSM能否与MSSM区分开来？
• RQ4 $\kappa/\lambda \cdot \mu$ 组合在决定最轻希格斯玻色子质量中的作用是什么？
• RQ5 对Z玻色子耦合的LEP限制如何影响PQ对称NMSSM中轻希格斯态的可行性？

主要发现

• 在精确PQ对称性极限（$\kappa = 0$）下，最轻的CP偶与CP奇希格斯玻色子主要为单态，其质量由组合 $\kappa/\lambda \cdot \mu$ 决定，当 $\kappa = 0$ 时该组合为零。
• 真空稳定性与LEP约束要求重希格斯态——特别是赝标量$A$与带电希格斯玻色子——质量接近简并，且 $m_A \approx \mu\tan\beta$，从而在 $m_A$ 与 $\mu\tan\beta$ 之间形成强烈关联。
• 由于与Z玻色子的耦合被强烈抑制，最轻的CP偶希格斯玻色子质量可低于LEP排除极限，从而即使质量较轻也能逃避探测。
• 最轻的CP奇希格斯玻色子与Z玻色子的耦合始终很小，进一步降低了其在LHC等对撞机中的可探测性。
• 即使未观测到重希格斯态，两个轻标量与一个轻赝标量希格斯玻色子的存在可作为轻微破缺PQ对称性NMSSM的独特信号。
• 在 $m_A$ 与 $\mu\tan\beta$ 之间存在的强关联，为区分NMSSM与MSSM提供了独特的‘确凿证据’信号，即使未直接发现重希格斯态亦可。