[论文解读] The SM and SUSY after the 2011 LHC results

Guido Altarelli|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 72被引用 6

一句话总结

本文回顾了2011年LHC实验结果，重点关注标准模型希格斯玻色子与规范理论超对称性（SUSY）。分析了标准模型希格斯玻色子质量的排除极限，识别出在二光子与四轻子衰变道中存在一个引人注目的125 GeV信号，并讨论了该信号对SUSY模型（特别是NMSSM与λ-SUSY）的启示，这些模型可容纳一个125 GeV的希格斯玻色子并减少精细调节。主要结论是，标准模型希格斯玻色子要么非常轻（约125 GeV），要么非常重（>600 GeV），而125 GeV信号在等待2012年数据前仍是首选候选。

ABSTRACT

We present a short review of the LHC results at 7 TeV and their implications on the Standard Model (SM) and on its Supersymmetric (SUSY) extension. In particular we discuss the exclusion range for the SM Higgs mass, the tantalizing hint of an excess at $m_H \sim 125$ GeV, the negative results of searches for SUSY particles (as well as for any other new physics) and the present outlook.

研究动机与目标

• 评估2011年LHC数据对标准模型希格斯玻色子及其超对称扩展的启示。
• 评估在二光子与四轻子末态中观测到的125 GeV过量信号的重要性。
• 探讨NMSSM与λ-SUSY等模型如何在减少精细调节的前提下容纳125 GeV的希格斯玻色子。
• 分析超对称信号的缺失对标准模型之外理论模型的影响。
• 考察在无希格斯机制情况下单位性破坏的理论与现象学后果。

提出的方法

• 对ATLAS与CMS在95%置信水平下对标准模型希格斯玻色子在不同质量范围内的排除极限进行分析。
• 将~125 GeV处二光子与四轻子末态中观测到的过量与标准模型及超对称预测进行比较。
• 评估来自电弱精确测量与自然性论证的希格斯质量约束。
• 研究包含额外单态希格斯场的NMSSM框架，以解决μ问题并改变希格斯耦合。
• 调查λ-SUSY区域，其中大耦合λ可使超费米子更轻并减少精细调节。
• 使用2×2混合矩阵描述扩展希格斯规范中的物理希格斯本征态。

实验结果

研究问题

• RQ1 在二光子与四轻子末态中观测到的125 GeV过量是否与标准模型希格斯玻色子一致，或代表一种新物理态？
• RQ2 NMSSM或λ-SUSY模型是否能以比MSSM更小的精细调节解释125 GeV信号？
• RQ3 超对称信号的缺失对自然超对称模型可行性有何启示？
• RQ4 在纵向W/Z散射中，单位性约束如何限制希格斯玻色子或TeV尺度新物理的存在？
• RQ5 观测到的125 GeV的希格斯样态是否可能为混合希格斯规范中耦合被抑制的较重本征态？

主要发现

• 在95%置信水平下，标准模型希格斯玻色子被排除的范围为：ATLAS（110–117.5，118.5–122.5，129–539 GeV）与CMS（127.5–600 GeV），在125 GeV附近留下一个狭窄窗口。
• ATLAS与CMS在~125 GeV处均观测到二光子末态中2.8σ的联合过量与四轻子末态中2.9σ的过量，且在WW与bb末态中亦有额外线索。
• 125 GeV信号与标准模型希格斯预测一致，且与标准模型及超对称扩展（尤其是NMSSM）相兼容。
• 超对称信号的缺失意味着超对称可能以非最小模型形式实现（例如超费米子质量较重），或自然性可能并非理论指导原则。
• NMSSM与λ-SUSY模型可在超费米子质量超过1 TeV的情况下，仍允许125 GeV的希格斯玻色子并实现显著减少的精细调节。
• 125 GeV态可能为混合希格斯规范中的较重希格斯本征态，其对光子与规范玻色子的耦合增强，与观测到的信号强度一致。