[论文解读] The Constrained NMSSM with a 126 GeV Higgs boson: A global analysis

Kamila Kowalska, Shoaib Munir+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 12

一句话总结

本文对受约束的下一代最小超对称标准模型（CNMSSM）进行了全局贝叶斯分析，以评估其与126 GeV希格斯玻色子的发现、$B_s \to \mu^+\mu^-$衰变率以及LHC约束的一致性。结果表明，若126 GeV态为最轻的希格斯玻色子（h₁），则该模型表现出CMSSM类似的行为，且选择轻 selectron coannihilation 区域，而涉及次轻希格斯玻色子（h₂）或简并态的其他解释则因暗物质和味物理约束而被排除。

ABSTRACT

We present the first global analysis of the Constrained NMSSM that investigates the impact of the recent discovery of a 126 GeV Higgs-like boson, of the observation of a signal for BR(B_s->μ^+μ^-), and of constraints on supersymmetry from ~5/fb of data accumulated at the LHC, as well as of other relevant constraints from colliders, flavor physics and dark matter. We consider three possible cases, assuming in turn that the discovered Higgs boson is: i) the lightest Higgs boson of the model; ii) the next-to-lightest Higgs boson; and iii) a combination of both roughly degenerate in mass. The likelihood function for the Higgs signal uses signal rates in the γγ and ZZ --> 4l channels, while that for the Higgs exclusion limits assumes decay through the γγ, ττ, ZZ and W^+W^- channels. In all cases considered we identify the 68% and 95% credible posterior probability regions in a Bayesian approach. We find that, when the constraints are applied with their respective uncertainties, the first case shows strong CMSSM-like behavior, with the stau coannihilation region featuring highest posterior probability, the best-fit point, a correct mass of the lightest Higgs boson and the lighter stop mass in the ballpark of 1 TeV. The second and the third cases, on the other hand, while allowed are disfavored by the constraints from direct detection of dark matter and from BR(B_s->μ^+μ^-). Without the anomalous magnetic moment of the muon the fit improves considerably, especially for negative effective μ parameter. We discuss how the considered scenarios could be tested furtherly at the LHC and in dark matter searches.

研究动机与目标

• 评估受约束的NMSSM（CNMSSM）在容纳126 GeV希格斯玻色子发现、$B_s \to \mu^+\mu^-$衰变率以及LHC约束方面的可行性。
• 研究三种不同情景：126 GeV态为最轻希格斯玻色子（h₁）、次轻希格斯玻色子（h₂），或两者近乎简并的混合态。
• 评估μ子反常磁矩和直接暗物质探测约束对模型相容性的影响。
• 识别（m₀, m₁/₂）平面上的后验概率区域，并评估精细调节与遗迹密度的一致性。

提出的方法

• 使用γγ和ZZ → 4l通道的希格斯信号率似然函数，以及γγ、ττ、ZZ和W⁺W⁻通道的排除极限，进行贝叶斯全局拟合。
• 分析中纳入了LHC数据（5 fb⁻¹）、味物理（BR(Bs → μ⁺μ⁻)）、暗物质遗迹密度、直接探测以及μ子g−2异常的约束。
• 评估三种情景：(i) h₁ = 126 GeV，(ii) h₂ = 126 GeV，(iii) h₁与h₂近乎简并，且联合γγ衰变率。
• 通过马尔可夫链蒙特卡洛采样计算后验概率分布，并报告68%与95%可信区域。
• 通过在（m₀, m₁/₂）平面上绘制等高线，量化精细调节程度，针对情形(i)与(ii)。
• 通过改变GUT尺度上有效μ参数以及κ和Aκ参数的统一假设，检验其在模型中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 CNMSSM能否一致地解释126 GeV希格斯玻色子为最轻希格斯玻色子（h₁）的同时，满足遗迹密度与LHC约束？
• RQ2 当126 GeV态被识别为次轻希格斯玻色子（h₂）时，模型表现如何？对味物理与暗物质可观测量有何影响？
• RQ3 h₁与h₂近乎简并、共同贡献γγ信号的场景是否可行？与单希格斯玻色子解释相比如何？
• RQ4 包含或排除μ子g−2异常对后验概率与模型相容性有何影响？
• RQ5 放松Aκ在GUT尺度的统一性假设，对（m₀, m₁/₂）平面上的后验分布与精细调节有何影响？

主要发现

• 当126 GeV希格斯玻色子为最轻希格斯玻色子（h₁）时，该情景表现出强烈的CMSSM类似行为，轻 selectron coannihilation 区域具有最高的后验概率与最佳拟合点。
• 在h₁ = 126 GeV情形下，最轻希格斯玻色子质量与遗迹密度被正确再现，轻量top squark质量约为1 TeV，且轻 selectron 与top squark的三线性耦合均为强烈负值。
• h₂ = 126 GeV与h₁+h₂简并情景因直接暗物质探测与BR(Bs → μ⁺μ⁻)约束而被排除，尤其在μ_eff < 0时更为显著。
• 排除μ子g−2约束可显著改善拟合效果，尤其在μ_eff < 0时，与b物理可观测量的符合度更高。
• 精细调节在h₁与h₂情形中由不同来源主导，h₁情景在轻 selectron coannihilation 区域表现出更少的精细调节。
• 放松Aκ在GUT尺度的统一性假设对（m₀, m₁/₂）平面上的后验分布影响极小，因在 favored 区域模型趋向于CMSSM极限。