[论文解读] Light Higgs Scenario in BMSSM and LEP Precision Data

Kyu Jung Bae, Radovan Dermíšek+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文在超越MSSM（BMSSM）框架下提出了一种轻希格斯玻色子场景，其中CP奇（A）和CP偶（h）希格斯玻色子质量极轻（m_A ~ 7–8 GeV，m_h ~ 70 GeV），使得LEP实验中Z→hA衰变成为可能。该场景通过引入来自h衰变的底夸克，缓解了底夸克正向-反向不对称性（A_fb^b）的张力，同时通过轻量级停止-带电ino圈中的抵消机制，保持与LEP精确测量数据及b→sγ约束的一致性。

ABSTRACT

In this Letter we consider very light Higgs fields in BMSSM(Beyond MSSM). The spectrum below TeV scale is the same as the MSSM but the Higgs potential is modified and is well described in terms of effective dimension five and six operators. A correction from the BMSSM operators allows us to consider new parameter space of Higgs sector which is not allowed in the MSSM. It can be regarded as a constrained version of general 2 Higgs doublet model (2HDM) as long as Higgs sector is concerned. We focus on the possibility that CP odd Higgs (A) mass is about 7 or 8 GeV and charged Higgs mass is comparable to W mass. At the same time one of the CP even Higgs (h) is light enough such that h and A production at the Z pole is kinematically allowed. The tension between forward backward asymmetry of bottom quark Ab_FB measured at LEP and the Standard Model prediction can be ameliorated if bottom quark pair produced from light CP even Higgs is taken into account.

研究动机与目标

• 探索BMSSM中一种轻希格斯玻色子场景，以解释LEP精确测量数据中的差异，特别是底夸克对的正向-反向不对称性。
• 研究在BMSSM中，极轻的CP奇希格斯玻色子（A）与轻的CP偶希格斯玻色子（h）是否可以共存，同时满足现有的LEP与味物理约束。
• 评估希格斯玻色子衰变为底夸克（h→bb̄）对LEP测量的底夸克正向-反向不对称性（A_fb^b）的影响程度，以缓解SM预测与LEP测量之间的张力。

提出的方法

• 本研究采用有效场论方法，将TeV尺度以上的新物理积分掉，生成修改BMSSM中希格斯势的五维和六维算符。
• 该模型假设在TeV尺度以下的谱与MSSM相同，通过高维算符对希格斯耦合与质量进行修正。
• 通过有效算符结构，允许CP奇希格斯玻色子（A）质量极轻（m_A ≤ 10 GeV）与CP偶希格斯玻色子（h）质量约为70 GeV，使LEP中Z→hA衰变成为可能。
• 通过计算h→bb̄对A_fb^b和R_b的贡献，评估其对电弱精确可观测量的影响。
• 通过要求带电希格斯与停止-带电ino圈之间的抵消，处理b→sγ的约束，其中轻量级停止与带电ino质量（m_stop < 160 GeV）可抑制分支比。
• 利用SuperIso v2.3生成数值结果，对μ、ε₁、tanβ及其他SUSY破缺参数进行参数扫描，以识别可行参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在BMSSM框架下，轻CP奇希格斯玻色子（m_A ~ 7–8 GeV）与轻CP偶希格斯玻色子（m_h ~ 70 GeV）能否共存，同时满足LEP精确测量数据？
• RQ2 希格斯玻色子衰变为底夸克（h→bb̄）在多大程度上影响LEP测量的底夸克正向-反向不对称性（A_fb^b）？
• RQ3 在BMSSM框架下，是否可能在不破坏R_b测量一致性的情况下，通过SM预测与LEP测量中A_fb^b的差异？
• RQ4 BMSSM算符如何修改带电ino与停止扇区，以在保持b→sγ约束的前提下，实现轻量级带电希格斯玻色子（m_H± ~ m_W）？
• RQ5 在轻希格斯玻色子场景下，为实现b→sγ分支比中的抵消，停止与带电ino所需的质量尺度是多少？

主要发现

• 在BMSSM中，轻CP奇希格斯玻色子（m_A ~ 7–8 GeV）与轻CP偶希格斯玻色子（m_h ~ 70 GeV）是可行的，且LEP中Z→hA衰变在相空间上是允许的。
• 来自h→bb̄衰变的底夸克对可显著改变正向-反向不对称性（A_fb^b），当tanβ ~ 1.5–2时，可缓解与LEP测量的张力。
• 当停止与带电ino质量较轻（m_stop < 160 GeV）时，该场景与b→sγ测量分支比保持一致，可通过与带电希格斯贡献的圈抵消实现。
• BMSSM中的有效算符结构可通过ε₁实现约20–30%的μ项增强，从而修改带电ino与停止的混合矩阵，实现所需的抵消。
• 当M₂ ~ 200 GeV且ε₁ ~ 0.0096时，模型在tanβ ~ 1.9下实现与2σ兼容的b→sγ分支比，经SuperIso v2.3验证。
• 该模型预测带电希格斯玻色子质量接近W玻色子质量（m_H± ~ m_W），在与轻量级停止-带电ino圈结合时，与当前实验限制一致。