[论文解读] Higgs Properties and Supersymmetry: Constraints and Sensitivity from the LHC to an $e^+e^-$ Collider

B. Bilki, M. Battaglia+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 31, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文研究了在大型强子对撞机（LHC）和未来的 $e^+e^-$ 对撞机上对希格斯玻色子质量与耦合常数的精确测量，如何约束现象学最小超对称标准模型（pMSSM）的参数空间。通过在19个参数的pMSSM参数空间中进行扫描，研究显示，未来 $e^+e^-$ 对撞机的测量精度可使20%的可行pMSSM点被排除，且对赝标量希格斯玻色子质量 $M_A$ 的间接敏感度可达1.4 TeV。

ABSTRACT

The study of the Higgs boson properties offers compelling perspectives for testing the effects of physics beyond the Standard Model and has deep implications for the LHC program and future colliders. Accurate determinations of the Higgs boson properties can provide us with a distinctively precise picture of the Higgs sector, set tight bounds, and predict ranges for the values of new physics model parameters. In this paper, we discuss the constraints on supersymmetry that can be derived by a determination of the Higgs boson mass and couplings. We quantify these constraints by using scans of the 19-parameter space of the so-called phenomenological minimal supersymmetric Standard Model. The fraction of scan points that can be excluded by the Higgs measurements is studied for the coupling measurement accuracies obtained in LHC Run 2 and expected for the HL-LHC program and $e^+e^-$ colliders and contrasted with those derived from missing transverse energy searches at the LHC and from dark matter experiments.

研究动机与目标

• 评估来自希格斯玻色子性质精确测量对超对称性所施加的约束。
• 比较希格斯耦合测量与直接LHC搜索（如缺失横向动量）及暗物质实验的敏感度。
• 量化未来 $e^+e^-$ 对撞机如何通过间接方式探测pMSSM中的赝标量希格斯质量 $M_A$。
• 评估希格斯测量、直接SUSY搜索以及味物理/暗物质约束在缩小可行pMSSM参数空间中的相互作用。

提出的方法

• 在19个参数的pMSSM参数空间中进行扫描，以生成可行的模型点。
• 评估希格斯耦合修正因子 $\kappa_i$ 及其因SUSY贡献而偏离标准模型预测的程度。
• 量化在不同实验精度下（LHC运行2期、HL-LHC、未来 $e^+e^-$ 对撞机）希格斯测量所排除的pMSSM点比例。
• 将希格斯测量的排除能力与直接SUSY搜索（MET）、味物理和暗物质实验的排除能力进行比较。
• 结合理论不确定性和参数不确定性，以及实验测量精度，评估希格斯产生与衰变率。
• 通过希格斯耦合中的偏离情况，评估对 $M_A$ 的间接敏感度，并估计未来 $e^+e^-$ 对撞机上的重建精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 与直接LHC搜索和暗物质实验相比，希格斯耦合测量在约束pMSSM参数空间方面的有效性如何？
• RQ2 未来 $e^+e^-$ 对撞机通过希格斯耦合测量对赝标量希格斯质量 $M_A$ 的间接敏感度如何？
• RQ3 SUSY粒子的圈修正（如 $\Delta_b$、$\Delta_t$、$\Delta_\tau$）在pMSSM中对希格斯耦合的影响程度如何？
• RQ4 理论和参数不确定性如何影响新物理背景下希格斯测量的解释？
• RQ5 在所有当前约束下仍存活的pMSSM点占多大比例？未来希格斯精确测量能进一步减少多少？

主要发现

• 在LHC运行2期的测量精度下，希格斯耦合测量排除了约2%的总pMSSM扫描点。
• 在HL-LHC的测量精度下，希格斯测量排除了约8%的总pMSSM扫描点。
• 在未来的 $e^+e^-$ 对撞机精度下，希格斯测量最多可排除20%的总pMSSM扫描点。
• 对于尚未被味物理或直接LHC希格斯搜索排除的pMSSM点，希格斯测量在未来的 $e^+e^-$ 对撞机精度下可排除12%。
• 对赝标量希格斯质量 $M_A$ 的间接敏感度从LHC运行2期的约450 GeV提升至HL-LHC的约800 GeV，最高可达未来 $e^+e^-$ 对撞机的约1400 GeV。
• 未来 $e^+e^-$ 对撞机可基于希格斯耦合与标准模型预期的偏离，以约8%至40%的相对精度重建 $M_A$，适用于 $M_A$ 从700 GeV到1.1 TeV的范围。