[论文解读] Higgs Production in Association with Top Squark Pairs in the MSSM at the LHC: the Decay Patterns

H. F. Heath, C. Lynch+2 more|ArXiv.org|Jan 12, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了在LHC的MSSM中顶夸克伴子对（\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0）与希格斯玻色子的联合产生，重点分析衰变模式以评估其发现潜力。结果表明，当停止衰变为粲夸克且希格斯玻色子衰变为底夸克时，截面最大可达100 pb，尽管存在QCD背景，该通道仍是希格斯玻色子探测的有希望的信号。

ABSTRACT

The production of the lightest Higgs boson, $h^0$, in association with the lightest stop, $ ilde{t}_{1}$, in the Minimal Supersymmetric Standard Model, is an interesting channel, as its cross section can be higher than Higgs production in association with top quarks. Furthermore, the $ ilde{t}_{1} ilde{t}^{*}_{1}h^{0}$ production rate is highly dependent on various Supersymmetric parameters. The mass, mixings, couplings and production cross sections relevant to the $ ilde{t}_{1} ilde{t}^{*}_{1}h^{0}$ channel have been studied in the past. Here, we complement these analyses by performing a thorough decay study. We conclude that there is some scope for extracting this channel at the Large Hadron Collider, for suitable combinations of the Supersymmetric parameters, in several different decay channels of both the stop quarks and Higgs boson, the most numerically promising being the signature involving charm decays of the stops and bottom decay of the Higgs. This, in fact, remains true in the Supergravity inspired Minimal Supersymmetric Standard Model.

研究动机与目标

• 评估在LHC的MSSM中顶夸克伴子对联合产生希格斯玻色子的发现潜力。
• 研究不同MSSM参数区域中\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0末态的衰变模式。
• 在截面与背景抑制的综合考量下，识别最有利于实验观测的衰变通道。
• 评估来自LEP2与Tevatron的超粒子质量实验限制对信号可行性的影。
• 比较一般MSSM与MSUGRA启发模型中信号的可观测性。

提出的方法

• 使用adScan程序对MSSM参数空间进行多维扫描，变化停止质量、A项、tanβ、μ和mA。
• 通过费曼图计算与MSSM谱生成器计算\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0的产生截面。
• 基于质量差与混合角，分析停止衰变到cχ₁⁰、bχ₁⁺和tχ₁⁰末态的分支比。
• 评估希格斯衰变分支比，重点关注低质量（<135 GeV）下h⁰ → b\bar{b}作为主导衰变模式。
• 应用来自LEP2与Tevatron的实验质量限制，过滤掉不物理的参数点。
• 使用蒙特卡洛模拟估算末态信号及其在LHC触发与背景条件下的可探测性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0末态的主导衰变通道是什么？它们如何影响信号可观测性？
• RQ2 \tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0的产生截面在MSSM参数空间中如何变化，特别是与停止质量及混合的关系？
• RQ3 当标准模型类似双光子通道因SUSY抵消而被抑制时，\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0通道能否作为希格斯玻色子发现的可行替代方案？
• RQ4 来自实验的超粒子质量限制（如LEP2与Tevatron）对本通道可观测截面有何影响？
• RQ5 在末态拓扑结构与可探测性方面，一般MSSM与MSUGRA启发模型中的信号结构有何不同？

主要发现

• 当停止衰变为粲夸克且希格斯玻色子衰变为底夸克时，\tilde{t}_1\tilde{t}_1^*h^0截面最高可达100 pb，是目前最具前景的探测通道。
• 当停止衰变为底夸克（\tilde{t}_1 → bχ₁⁺）时，截面峰值约为10 pb；而衰变为顶夸克（\tilde{t}_1 → tχ₁⁰）时，最大截面仅为100 fb。
• 在应用LEP2与Tevatron的实验质量限制后，\tilde{t}_1 → cχ₁⁰通道的截面仍可探测至数pb量级，而bχ₁⁺通道可达数pb。
• 包含两个粲夸克、两个底夸克及来自两个中性子的缺失能量的末态因截面高且拓扑特征明显，是最有利的探测对象。
• 在MSUGRA模型中信号依然可行，但一般MSSM由于超粒子质量与混合自由度更高，在某些参数区域可实现更高的截面。
• 末态多样性——从四b喷注到来自带电粒子衰变的喷注与轻子——要求针对每个衰变通道设计定制化的触发与背景抑制策略。