[论文解读] New Light Windows for Sparticle Masses and Higgs Decays in the R Parity Violating MSSM

Linda M. Carpenter, David E. Kaplan+1 more|ArXiv.org|Apr 10, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用 8

一句话总结

本文研究了R-宇称破坏的超对称理论（R-宇称破坏MSSM），表明轻量级超对称粒子——尤其是右手上旋标量（stau）和中性规费米子——可发生隐形衰变，使希格斯玻色子衰变为这些轻粒子。这使得希格斯玻色子质量的下限从标准LEP实验的114.4 GeV降低至某些情形下低至95 GeV，从而重新开放了LHC搜索和希格斯粒子现象学中的超对称参数空间。

ABSTRACT

In supersymmetric models with R parity violation, constraints on superpartner masses are significantly weaker than in models which conserve R parity. We find in regions of parameter space where a neutral gaugino or third generation scalar is decoupled from the Z and/or traditional gaugino mass relationships do not hold allow some particles to be light enough to allow them to be the decay products of the Higgs. For example, surprisingly a stau could be lighter than 30 GeV if it decays hadronically. We estimate the Higgs bounds when one of these decays dominates and find allowed Higgs masses well below the current LEP bound on the standard model Higgs. We also survey the rich variety of final states in Higgs production.

研究动机与目标

• 研究MSSM中R-宇称破坏如何允许轻量级超对称粒子发生隐形衰变，从而改变希格斯玻色子的衰变模式。
• 评估此类衰变如何使希格斯玻色子质量的下限低于标准LEP实验的114.4 GeV。
• 识别具有缺失能量和多喷胶最终态、可规避标准LEP和LHC约束的可行希格斯衰变道。
• 评估通过对撞机中改进或新型搜索策略探测此类奇异希格斯衰变的可行性。
• 探讨在标量为第三代或规费米子解耦的场景下，非标准希格斯衰变的物理现象学影响。

提出的方法

• 分析MSSM超势中的R-宇称破坏算符（LLE、LQD、UDD），以确定允许的耦合常数和衰变模式。
• 评估味物理、质子衰变和精确电弱数据的约束，以识别可行的参数空间。
• 建立希格斯玻色子衰变为最轻超对称粒子（LSP）对的模型，包括右手上旋标量、中性规费米子和第三代标量。
• 将现有的LEP和LHC搜索约束（如$WW^*$、$4\tau$、$b\bar{b}$、缺失能量）应用于具有多喷胶和缺失能量的希格斯衰变道。
• 利用蒙特卡洛模拟和截面估算评估探测性，并推导有效希格斯质量下限。
• 考虑多个RPV耦合引起的非对称衰变，以降低对称性并规避标准搜索限值。

实验结果

研究问题

• RQ1 当希格斯玻色子衰变为轻量级R-宇称破坏超对称粒子而非标准模型末态时，其最小质量是多少？
• RQ2 具有缺失能量和多喷胶的多重末态如何影响现有LEP和LHC希格斯玻色子搜索的灵敏度？
• RQ3 在R-宇称破坏MSSM的哪些参数空间区域中，希格斯玻色子可衰变为轻量级右手上旋标量或规费米子而不被当前约束排除？
• RQ4 通过引入多个RPV耦合是否能打破衰变对称性，使希格斯质量下限低于100 GeV？
• RQ5 希格斯玻色子衰变为轻量级LSP时会产生哪些新型信号？它们如何在未来的对撞机搜索中被探测？

主要发现

• 当同时开启两个RPV耦合时，希格斯质量下限可降低至最低95 GeV，从而降低衰变模式的对称性。
• 对于希格斯玻色子衰变为四喷胶加两个中微子（例如来自中性规费米子或胶子规费米子LSP）的衰变道，由于$WW^*$搜索约束，质量下限约为105 GeV。
• 衰变为两个τ子加两个中微子，或两个轻子加两个中微子的衰变道，受$WW^*$搜索约束，其希格斯质量下限为104 GeV。
• 如来自规费米子LSP的b+3c+τ+ν或4q+2ν等末态，目前搜索尚未施加显著约束，因此容许更低的希格斯质量下限。
• 由于角度和缺失动量的截断条件，$4\tau$和$WW^*$搜索对某些非对称衰变的约束效果较差。
• 在规费米子介导的衰变中，长寿命LSP产生的位移顶点构成独特信号，未来可在LHCb或对撞机实验中加以探测。