[论文解读] Implications of Higgs Sterility for the Higgs and Stop Sectors

J. Guo, Zhaofeng Kang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在MSSM和NMSSM中，一个高度类似SM（惰性）的希格斯玻色子对希格斯和停止夸克 sector 的影响。结果表明，在MSSM中，由于双态-双态混合，希格斯惰性性导致 $ M_A \gtrsim 900 $ GeV 的下限；而由于重希格斯玻色子质量，停止夸克质量未受约束。相比之下，在NMSSM中，由于存在轻的停止夸克，希格斯惰性性显著约束了停止夸克 sector，从而在停止-右停衰变中产生新的LHC信号，如同荷轻子和多喷胶最终态。

ABSTRACT

The LHC data implies that the newly discovered Higgs boson h may be sterile (highly SM-like). In supersymmetric SMs (SSMs), Higgs couplings are often modified by Higgs mixing and stop loop corrections, so we study the Higgs sterility in the Higgs and stop sectors in two SSMs: (I) The Minimal SSM (MSSM). In the nearly decoupling region, the doublet-doublet mixing effect can only enhance C_{hb\bar b} by 2m_Z^2/M_A^2. Sterility places M_A\gtrsim 900 GeV. But it hardly constrains the stop sector due to the heaviness of Higgs boson mass m_h; (II) The next to MSSM(NMSSM). In the presence of doublet-singlet mixing, the mixing structure is complicated. We find a simple approximation to understand Higgs sterility and its implications, says the amount of pushing-up m_h\lesssim 5 GeV while the pulling-down scenario is favored. Stops can be light here, so Higgs sterility significantly constrains them directly and indirectly except for blind spots. We also study the LHC features of the whole stop sector facing a sterile Higgs and find that, in virtue of decays between stops and sbottom, characteristic signatures like same-sign leptons and multi b-jets are promising probes.

研究动机与目标

• 分析126 GeV处高度类似SM（惰性）的希格斯玻色子如何约束规范理论中的希格斯与停止夸克 sector。
• 研究双态-双态与双态-单态混合在改变希格斯耦合与质量预测中的作用。
• 评估希格斯惰性性对停止夸克 sector 物理现象的影响，特别是在LHC发现潜力的背景下。
• 识别在惰性希格斯条件下由停止与右停衰变产生的典型LHC信号。

提出的方法

• 对MSSM中希格斯混合效应进行解析研究，重点分析双态-双态混合的 $ 1/M_A^2 $ 抑制效应。
• 采用简化近似模型来描述NMSSM中双态-单态混合及其对 $ m_h $ 和希格斯耦合的影响。
• 通过归一化耦合 $ r_{i,X} $ 推导希格斯信号强度比 $ R_{gg}^{H_i}(X) $，并与实验可观测量关联。
• 在 $ (\widetilde{t}_R, \widetilde{t}_L) $ 基底下构建停止夸克质量平方矩阵，并通过对角化计算质量本征态。
• 评估停止混合角 $ \theta_{\widetilde{t}} $ 及其对 $ A_t $、$ \mu $ 和 $ \tan\beta $ 的依赖性。
• 对停止-右停级联衰变的LHC信号进行初步分析，强调同荷轻子与多b喷胶末态。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，希格斯惰性性如何约束赝标量玻色子质量 $ M_A $？
• RQ2 在希格斯惰性性条件下，双态-单态混合对NMSSM中希格斯质量与耦合的影响是什么？
• RQ3 在NMSSM中，停止夸克 sector 在与惰性希格斯玻色子一致的前提下，能轻到何种程度？
• RQ4 在存在惰性希格斯玻色子的情况下，涉及停止与右停的主导衰变链是什么？
• RQ5 在惰性希格斯条件下，哪些LHC信号最有利于探测停止夸克 sector？

主要发现

• 在MSSM中，由于双态-双态混合，希格斯惰性性要求 $ M_A \gtrsim 900 $ GeV，且混合效应随 $ 2m_Z^2/M_A^2 $ 抑制。
• 由于希格斯质量较高，MSSM中的停止夸克 sector 几乎不受希格斯惰性性约束，除非处于极端极限。
• 在NMSSM中，双态-单态混合可能使 $ m_h $ 上升或下降，但其变化受希格斯惰性性约束的限制。
• 在NMSSM中，轻的停止夸克受到希格斯惰性性的显著约束，无论直接或间接，除非处于盲点区域。
• NMSSM中的停止-右停衰变产生特征性LHC信号，包括同荷轻子与多b喷胶末态。
• 这些信号为具有惰性希格斯玻色子的模型中停止夸克 sector 的探测提供了有希望的途径。