[论文解读] The $B-L$ Supersymmetric Standard Model with Inverse Seesaw at the Large Hadron Collider

Shaaban Khalil, Stefano Moretti|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 9

一句话总结

该论文提出了B-L规范对称的超对称标准模型与逆见标模型（BLSSM-IS），这是MSSM在TeV尺度的扩展，通过逆见标机制自然生成轻子中微子质量，同时保持B-L规范对称性。该模型预测了LHC中独特的信号，包括一个$Z'$玻色子、一个第二轻的CP偶性希格斯玻色子（$h'$），其在$\gamma\gamma$和$ZZ$衰变中具有增强的分支比，以及重中性子，为Run 1数据中观测到的137–145 GeV二光子过剩现象提供了可行的解释。

ABSTRACT

We review the TeV scale $B-L$ extension of the Minimal Supersymmetric Standard Model (BLSSM) where an inverse seesaw mechanism of light neutrino mass generation is naturally implemented and concentrate on its hallmark manifestations at the Large Hadron Collider (LHC).

研究动机与目标

• 开发一个最小的$B-L$模型超对称扩展，通过逆见标机制生成轻子中微子质量。
• 探索BLSSM-IS在大型强子对撞机（LHC）中的现象学可行性，尤其关注Run 2数据和希格斯扇区异常。
• 识别该模型在LHC中独特的信号，如$Z'$、重中性子以及第二轻的希格斯玻色子，以区别于MSSM及其他新物理情景。
• 评估该模型与当前LHC数据的一致性，特别是Run 1中观测到的137–145 GeV二光子共振过剩现象。
• 证明逆见标机制避免了Type-I见标模型中严重的Yukawa耦合约束，使该模型在TeV尺度具有可检验性。

提出的方法

• 通过在MSSM中引入两个标准模型单态的旋量希格斯超多重态（$\chi_1, \chi_2$）以及三组标准模型单态的旋量超多重态（$\nu_i, s_{1i}, s_{2i}$），构建BLSSM-IS的拉格朗日量，以实现逆见标机制。
• 从mSugra启发的高能标初始配置出发，通过RGE驱动的动力学电弱对称性自发破缺，确保与TeV尺度的SUSY破缺尺度一致。
• 利用超势和软性破缺项，推导出$Z'$、希格斯扇区（包括第二CP偶性希格斯玻色子$h'$）以及中性子（包括重的$\nu_h$和$s_1$态）的质量矩阵。
• 计算$gg \to h'$和$VBF$过程中的产生截面以及衰变分支比，重点关注$\gamma\gamma$和$ZZ$末态。
• 将预测的二光子事件率与CMS和ATLAS在$\sqrt{s} = 8$ TeV下的观测数据进行比较，使用125 GeV和136.5 GeV附近质量窗口的背景减除事件计数。
• 评估该模型在$\gamma Z$衰变约束及其他LHC限制下的相容性，确认其在参数空间中的整体可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 BLSSM-IS模型中的逆见标机制是否能在保持TeV尺度SUSY和LHC约束的前提下，生成轻子中微子质量？
• RQ2 在BLSSM-IS框架下，$Z'$、重中性子以及第二轻的希格斯玻色子（$h'$）在LHC中具有哪些独特的信号特征？
• RQ3 BLSSM-IS模型是否能为LHC Run 1中观测到的137–145 GeV二光子共振过剩现象提供可行的解释？
• RQ4 BLSSM-IS中的$h'$玻色子与MSSM希格斯扇区有何不同，特别是在质量、耦合常数和衰变率方面？
• RQ5 BLSSM-IS模型在多大程度上与当前LHC数据相容，包括$\gamma\gamma$、$ZZ$和$\gamma Z$衰变通道？

主要发现

• BLSSM-IS模型预测存在一个第二轻的CP偶性希格斯玻色子（$h'$），其质量约为136.5 GeV，与Run 1数据中观测到的137–145 GeV二光子过剩现象一致。
• 该模型预测$h' \to \gamma\gamma$衰变模式有显著增强，预计在$\sqrt{s} = 8$ TeV下131–141 GeV质量窗口中产生约177个事件，与CMS观测到的170个事件相符。
• $h'$玻色子在$ZZ$衰变中也表现出增强的分支比，为潜在发现提供了与二光子通道互补的信号。
• 该模型中的$Z'$玻色子通过重中性子衰变产生，可产生可探测的轻子末态和强子末态，为LHC中$Z'$的发现提供了清晰信号。
• 逆见标机制避免了Type-I见标模型中对极小Yukawa耦合的需求，使该模型在TeV尺度下具有现象学可行性。
• 该模型在$\gamma Z$通道中与当前LHC约束保持一致，在所研究的参数空间中未发现显著矛盾。