[论文解读] Probing Extra Matter in Gauge Mediation Through the Lightest Higgs Boson Mass

Jason L. Evans, Masahiro Ibe+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 17

一句话总结

本文提出，额外的矢量型物质多重态——特别是10+\overline{10}表示——可解释在规范介导的超对称（GMSB）模型中观测到的约140 GeV的希格斯玻色子质量，该模型原本由于A-项较小而预测希格斯玻色子质量要轻得多。通过希格斯粒子的Yukawa耦合产生显著的辐射修正，使希格斯质量得以提升，从而在胶球子质量接近2 TeV的同时仍与LHC实验约束相容。

ABSTRACT

We discuss the implications of the excesses in LHC Higgs boson searches on the gauge mediated supersymmetric standard model, for the mass range 120-140\,GeV. We find that a relatively heavy lightest Higgs boson mass in this range can be reconciled with light SUSY particles, $m_{ m gluino}<2$\,TeV, if there are additional fields which couple directly to the Higgs boson. We also find that the mass of this extra matter can be predicted rather precisely in gauge mediation for a given Higgs boson and gluino mass.

研究动机与目标

• 解决观测到的希格斯玻色子质量（约140 GeV）与最小规范介导超对称（GMSB）理论预测之间的矛盾，后者通常预测希格斯玻色子质量低于120 GeV。
• 探讨在标准模型之外增加额外的矢量型物质是否能解释增强的希格斯质量，而无需引入非常重的超对称粒子。
• 通过精确电弱可观测量和希格斯粒子产生约束，约束额外物质场的耦合常数与质量，检验此类模型的理论可行性。
• 证明即使胶球子质量≤2 TeV，只要额外物质与希格斯场强烈耦合，也能实现较重的希格斯质量。

提出的方法

• 引入一个额外的10+\overline{10}矢量型物质多重态，通过Yukawa相互作用 $ W = H_u \mathbf{10} \mathbf{10} $ 与希格斯ino耦合，导致对希格斯质量产生显著的辐射修正。
• 利用包含额外物质的一圈图计算有效希格斯势和质量修正，特别关注顶夸克类费米子对希格斯质量修正的贡献。
• 从额外物质推导出有效希格斯-胶子耦合，表明当 $ M_T \gg \lambda_u \lambda_d \sin 2\beta v^2 $ 时，该耦合被抑制，从而确保与LHC希格斯信号强度一致。
• 评估额外物质的手征费米子质量矩阵对S、T、U精确电弱参数的修正，假设与标准模型的混合较弱，通过 $ \epsilon_i $ 耦合实现。
• 在重希格斯粒子的解耦极限下，计算真空极化函数，以电弱精确测量数据约束该模型。
• 假设 $ \tan\beta \sim O(10) $ 且 $ \lambda_u \sim 1 $，以在保持理论微扰性的同时最大化对希格斯质量的辐射修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在规范介导的超对称破缺模型中，是否可能在不超出LHC探测能力的前提下解释约140 GeV的观测希格斯玻色子质量？
• RQ2 额外的矢量型物质多重态——特别是10+\overline{10}——在通过辐射修正增强最轻希格斯玻色子质量方面起到何种作用？
• RQ3 额外物质场的耦合常数与质量如何影响希格斯玻色子质量以及精确电弱可观测量S、T、U？
• RQ4 是否可能在保持微扰统一和自然超对称的前提下，通过引入新的Yukawa相互作用实现较重的希格斯玻色子？
• RQ5 通过小的 $ \epsilon_i $ 耦合与标准模型之间混合的约束条件是什么？这些混合如何影响模型的稳定性和现象学特征？

主要发现

• 当 $ \lambda_u \sim 1 $ 且 $ \tan\beta \sim 10 $ 时，引入一个10+\overline{10}矢量型物质多重态，即使胶球子质量 $ \lesssim 2 $ TeV，也能使最轻的希格斯玻色子质量提升至140 GeV以上。
• 额外物质对希格斯质量的辐射修正显著，其修正量与 $ \sim \lambda_u^2 \sin^2\beta v^2 / M_T^2 $ 成正比，从而在无需大A-项的情况下实现重希格斯玻色子。
• 额外物质贡献的有效希格斯-胶子耦合被抑制了 $ M_T^{-2} $ 因子，当 $ M_T \gg \lambda_u \lambda_d \sin 2\beta v^2 $ 时，可确保希格斯信号强度与LHC数据一致。
• S、T、U参数的修正来自额外物质的手征费米子质量矩阵，但当质量劈裂 $ \Delta M \sim \lambda_u \sin\beta v $ 远小于 $ M_T $ 时，这些修正很小。
• 只要额外物质与标准模型物质的混合较弱（$ \epsilon_i \sim 10^{-3} $），该模型在宇宙学约束下仍具可行性，可避免长寿命带电粒子的产生。
• 该模型预测即使存在轻胶球子，希格斯质量仍可增强至140 GeV，从而解决了LHC希格斯数据与最小GMSB理论之间的矛盾。