[论文解读] Higgs Sector of Non-minimal Supersymmetric Models at Future Hadron Colliders

C. Hugonie, Stefano Moretti|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了未来强子对撞机上非最小超对称模型（特别是NMSSM和nMSSM）中额外希格斯玻色子的发现潜力。在通用软SUSY破缺框架下，并假设CP-奇的希格斯玻色子质量为115 GeV，研究发现，单态型希格斯玻色子（尤其是CP-偶的$S_r$）可在Tevatron和LHC上被探测到，且LHC有能力探测到质量低于约600 GeV的三个希格斯玻色子，包括CP-奇单态$S_i$。

ABSTRACT

We investigate the potential of current and planned hadron colliders operating at the TeV scale in disentangling the structure of the Higgs sector of non-minimal Supersymmetric extensions of the Standard Model with an extra gauge singlet. We assume universality of the soft Supersymmetry breaking terms at the GUT scale as well as a CP-even Higgs boson with mass around 115 GeV, as suggested by LEP. We find that mixing angles between the doublet and singlet Higgs states are always small. However, concrete prospects exist at both the Tevatron (Run II) and the Large Hadron Collider of detecting at least one neutral Higgs state with a dominant singlet component, in addition to those available from a doublet Higgs sector which is similar to the one of the Minimal Supersymmetric Standard Model.

研究动机与目标

• 评估未来强子对撞机上非最小超对称模型中扩展希格斯扇区的发现潜力。
• 确定单态型希格斯玻色子（尤其是CP-偶$S_r$和CP-奇$S_i$）是否能在混合角较小时被观测到。
• 评估Tevatron（Run II）和LHC（14 TeV）在通用软SUSY破缺条件下的探测灵敏度。
• 研究LEP所建议的115 GeV CP-偶希格斯玻色子具有弱规范玻色子耦合时，是否会影响额外希格斯玻色子的可观测性。
• 检查希格斯玻色子衰变为单态ino（$\tilde{S}$）是否会使单态型希格斯玻色子不可见，以及可探测衰变道是否占主导地位。

提出的方法

• 在GUT尺度下使用通用软SUSY破缺项对NMSSM和nMSSM的参数空间进行数值扫描。
• 从GUT尺度向下求解规范跑动方程（RGEs），以确定物理质量与耦合常数。
• 通过最小化两圈有效希格斯势，计算真空期望值和物理希格斯玻色子质量。
• 施加实验约束，包括LEP对希格斯质量与耦合的限制，并要求存在一个115 GeV的CP-偶希格斯玻色子，其与规范玻色子的耦合为弱耦合。
• 在Tevatron和LHC上模拟直接希格斯玻色子产生过程，包括胶子融合、希格斯辐射、矢量玻色子融合以及重夸克伴随产生。
• 使用事件率估计（例如，>100个事件）来确定在参数空间中各希格斯玻色子的可观测性阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 CP-偶单态型希格斯玻色子$S_r$是否可在Tevatron（Run II）和LHC上被探测到？其探测条件如何依赖于质量与耦合常数？
• RQ2 CP-奇单态型希格斯玻色子$S_i$在Tevatron和LHC上的可观测性如何？其产生机制如何依赖于模型参数？
• RQ3 双态与单态希格斯玻色子之间的混合角如何影响NMSSM和nMSSM中单态型希格斯玻色子的可探测性？
• RQ4 衰变为单态ino（$\tilde{S}$）在多大程度上抑制了单态型希格斯玻色子的可观测性？可探测衰变道是否占主导地位？
• RQ5 LHC是否能分辨完整的中性希格斯谱，包括非单态型粒子（$H_u$、$H_d$、$A$）和单态型粒子（$S_r$、$S_i$），得益于其高亮度与质心系能量？

主要发现

• 在所研究的模型中，双态与单态希格斯玻色子之间的混合角始终较小，表明混合较弱。
• 若CP-偶单态型希格斯玻色子$S_r$的质量低于约200 GeV，且其耦合常数$\lambda$不过小，则可在Tevatron上被探测到。
• 在LHC上，CP-偶单态型希格斯玻色子$S_r$在质量高达约600 GeV时仍可观测，覆盖了NMSSM中大部分参数空间。
• 在LHC上，CP-奇单态型希格斯玻色子$S_i$在参数空间的相当大范围内可观测，尤其在NMSSM中更为显著。
• 由于LHC具有高质心系能量与高亮度，预计可探测到至少三个非单态型希格斯玻色子（$H_u$、$H_d$、$A$）。
• 尽管事件率图中点密度较高，Tevatron上$S_r$探测仍存在被可见区域遮挡的不可见区域，表明$S_r$探测并未覆盖全部参数空间。