[论文解读] Invisible Decays of the Supersymmetric Higgs and Dark Matter

F. Boudjema, G. Bélanger+1 more|ArXiv.org|Jun 28, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在非统一规范ino质量的超对称模型中，希格斯粒子衰变为中性ino的隐形衰变，表明在暗物质丰度可接受的区域，此类衰变可使希格斯粒子的二光子衰变率低于标准模型预测的60%。这些情形可能在LHC的γγ通道中无法被探测到，但对应于能级在Tevatron可探测范围内的带电ino和中性ino质量，并且无论其他参数如何，U(1)规范ino质量参数M₁均需满足≥20 GeV的下限。

ABSTRACT

We discuss effects of the light sparticles on decays of the lightest Higgs in a supersymmetric model with nonuniversal gaugino masses at the high scale, focusing on the `invisible' decays into neutralinos. These can impact significanlty the discovery possibilities of the lightest Higgs at the LHC. We show that due to these decays, there exist regions of the $M_2-μ$ space where the B.R. $(h o γγ)$ becomes dangerously low even after imposing the LEP constraints on the sparticle masses, implying a possible preclusion of its discovery in the $γγ$ channel. We find that there exist regions in the parameter space with acceptable relic density and where the ratio ${B.R. (h o γγ)_{SUSY} \over B.R. (h o γγ)_{SM}}$ falls below 0.6, implying loss of signal in the $γγ$ channel. These regions correspond to $ ilde χ_1^+, ilde χ_2^0$ masses which should be accessible already at the Tevatron. Further we find that considerations of relic density put lower limit on the U(1) gaugino mass parameter $M_1$ independently of $μ, an β$ and $m_0$.

研究动机与目标

• 分析轻量级超对称粒子对非统一规范ino质量的超对称模型中希格斯粒子隐形衰变为中性ino的影响。
• 评估此类隐形衰变对LHC中最小希格斯玻色子在γγ和bb̄衰变道中发现潜力的影响。
• 识别希格斯隐形分支比高但中性ino暗物质丰度仍处于宇宙学可接受范围内的参数空间区域。
• 确定Tevatron在探测此类参数区域方面的探测能力，特别是对带电ino和第二轻量级中性ino质量的探测能力。
• 确定U(1)规范ino质量参数M₁的下限，以确保在不依赖μ、tanβ和m₀的情况下，暗物质丰度仍可接受。

提出的方法

• 该研究采用在高能标下具有非统一规范ino质量的超对称模型，基于具有两组希格斯双态的MSSM框架。
• 通过一阶量子修正和有效耦合，计算了希格斯粒子隐形衰变为中性ino对（h → χ̃₁⁰χ̃₁⁰）的分支比。
• 通过热冻结过程计算中性ino暗物质的丰度，包括在Z玻色子和希格斯玻色子共振峰处的湮灭过程。
• 在M₂、μ、M₁、m₀和tanβ参数空间中进行扫描，施加来自LEP带电ino搜寻和宇宙学观测的约束。
• 利用数值工具评估分支比和丰度，结果以固定m₀和tanβ的M₂–μ平面图示。
• 分析中包括对SUSY希格斯玻色子二光子衰变率与标准模型预测的比较，量化信号抑制程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有非统一规范ino质量的超对称模型中，中性ino的隐形希格斯衰变是否能显著抑制希格斯玻色子的二光子衰变率？
• RQ2 在M₂–μ参数空间中是否存在某些区域，使得希格斯隐形衰变分支比足够高，即使施加了LEP约束，仍可能危及在γγ通道中的发现？
• RQ3 此类隐形衰变情景是否仍能产生与宇宙学观测一致的中性ino丰度（Ωh² ∈ [0.1, 0.3]）？
• RQ4 这些区域中的超对称粒子质量（χ̃₁⁺, χ̃₂⁰）是否在Tevatron Run-II的探测能力范围内？
• RQ5 丰度约束对U(1)规范ino质量参数M₁施加了何种下限，且该下限独立于μ、tanβ和m₀？

主要发现

• 在M₂–μ参数空间中，隐形希格斯分支比较高的区域，SUSY中希格斯二光子分支比与标准模型预测的比值低于0.6，表明γγ信号受到显著抑制。
• 这些γγ衰变率被抑制的区域对应于带电ino和第二轻量级中性ino质量（mχ̃₁⁺ ≈ 250 GeV）在Tevatron Run-II可探测范围内。
• 即使选择较重的selectron质量，中性ino暗物质的丰度仍保持在宇宙学偏好范围内（0.1 < Ωh² < 0.3），这是由于在Z玻色子和希格斯玻色子共振峰处的高效湮灭过程所致。
• 为避免丰度过高，必须满足M₁ ≥ 20 GeV的下限，且该下限不依赖于μ、tanβ和m₀，该结论已通过广泛的参数空间扫描得到验证。
• 在某些区域，隐形衰变通道h → χ̃₁⁰χ̃₁⁰可主导于标准模型衰变模式，从而威胁在LHC的γγ和bb̄通道中对希格斯玻色子的发现。