[论文解读] Higgs self-coupling in the MSSM and NMSSM after the LHC Run 1

Lei Wu, Jin Min Yang+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 13

一句话总结

本文利用LHC运行1期的数据约束，研究了MSSM和NMSSM中的三线 Higgs 自耦合。结果表明，在MSSM中，自耦合被严格限制在标准模型（SM）值的3%以内；在λ < 0.7的NMSSM中，由于单重态-双重态混合，自耦合出现大幅抑制（最低达10%）；而在λ > 0.7时，偏离可达±110%，因此未来对撞机对检验这些情形至关重要。

ABSTRACT

Measuring the Higgs self-coupling is one of the crucial physics goals at the LHC Run-2 and other future colliders. In this work, we attempt to figure out the size of SUSY effects on the trilinear self-coupling of the 125 GeV Higgs boson in the MSSM and NMSSM after the LHC Run-1. Taking account of current experimental constraints, such as the Higgs data, flavor constraints, electroweak precision observables and dark matter detections, we obtain the observations: (1) In the MSSM, the ratio of $λ^{MSSM}_{3h}/λ^{SM}_{3h}$ has been tightly constrained by the LHC data, which can be only slightly smaller than 1 and minimally reach 97\%; (2) In the NMSSM with $λ&lt;0.7$, a sizable reduction of $λ^{NMSSM}_{3h_2}/λ^{SM}_{3h_2}$ can occur and minimally reach 10\% when the lightest CP-even Higgs boson mass $m_{h_1}$ is close to the SM-like Higgs boson $m_{h_2}$ due to the large mixing angle between the singlet and doublet Higgs bosons; (3) In the NMSSM with $λ&gt;0.7$, a large enhancement or reduction $-1.1

研究动机与目标

• 评估LHC运行1期实验约束对MSSM与NMSSM中三线Higgs自耦合的影响。
• 在当前实验限制下，确定Higgs自耦合比值λ³ₕᴹˢᴹ/λ³ₕˢᴹ与λ³ₕᴺᴹˢᴹ/λ³ₕˢᴹ的允许范围。
• 识别λ > 0.7的NMSSM中的可观测信号，包括共振产生与耦合偏离。
• 评估未来对撞机（如HL-LHC与ILC）对NMSSM预测的Higgs自耦合大偏离的探测灵敏度。

提出的方法

• 对MSSM与NMSSM参数空间进行全局扫描，整合Higgs信号强度、味物理、电弱精确观测量及暗物质丰度的约束。
• 采用有效势与费曼图方法，计算两种模型中Higgs自耦合的辐射修正。
• 应用严格的实验限制：LHC Higgs数据（包括H→ττ、H→bb、H→γγ）、直接停止夸克与Higgs玻色子搜寻、B物理可观测量及暗物质探测约束。
• 聚焦于125 GeV的SM类Higgs玻色子，区分NMSSM中轻的CP偶态（h₁）与第二CP偶态（h₂）。
• 分析单重态与双重态Higgs分量混合在改变自耦合中的作用，尤其关注NMSSM中λ < 0.7与λ > 0.7的区域。
• 分析在双Higgs末态中h₂共振产生的可能性及其对h₂组分与质量的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC运行1期后，综合所有当前实验限制，MSSM中的三线Higgs自耦合受到多大程度的约束？
• RQ2 在λ < 0.7的NMSSM中，Higgs自耦合的最大抑制或增强程度是多少？其背后的机制是什么？
• RQ3 在λ > 0.7的NMSSM中，Higgs自耦合为何出现大偏离？其对Higgs与费米子及规范玻色子耦合的影响是什么？
• RQ4 未来对撞机（如HL-LHC或ILC）能否探测到NMSSM预测的Higgs自耦合大偏离？
• RQ5 Higgs混合与共振产生在使NMSSM在现象学上可行且可检验方面起到何种作用？

主要发现

• 在MSSM中，三线Higgs自耦合与SM值的比值被约束在97%以上，表明偏离极小。
• 在λ < 0.7的NMSSM中，由于h₁与h₂质量相近时单重态与双重态Higgs分量间的大混合，自耦合比值可低至10%。
• 在λ > 0.7的NMSSM中，自耦合比值可在-1.1至1.9之间变化，表明存在显著的增强或抑制可能性。
• 在λ < 0.7的NMSSM中，SM类Higgs玻色子（h₂）对W与Z玻色子的耦合被抑制，而其通过圈图产生的对光子与胶子的耦合可能被增强。
• 在λ > 0.7的NMSSM中，h₁ → τ⁺τ⁻耦合可显著偏离SM预测，使通过高精度测量早期探测成为可能。
• 当mₕ₂ > 2mₕ₁时，h₂在双Higgs末态中的共振产生是可能的，为LHC直接探测该模型提供了有效途径。