[论文解读] Toward the Natural and Realistic NMSSM with and without R-Parity

Taoli Cheng, Jinmian Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文提出了一种R-宇称破坏的次最小超对称标准模型（NMSSM），作为比R-宇称守恒情景更自然、更现实的框架。通过允许R-宇称破坏，该模型以低微调（2–3.7%）解释了125 GeV的希格斯玻色子质量与衰变率，并实现了可行的暗物质遗迹密度，同时通过轻量级的顶夸克伴子、单态费米子和希格斯费米子避开了LHC和XENON100的约束，且增强了μ子反常磁矩。

ABSTRACT

From the current ATLAS and CMS results on Higgs boson mass and decay rates, the NMSSM is obviously better than the MSSM. To explain the fine-tuning problems such as gauge hiearchy problem and strong CP problem in the SM, we point out that supersymmetry does not need to provide a dark matter candidate, i.e., R-parity can be violated. Thus, we consider three kinds of the NMSSM scenarios: in Scenarios I and II R-parity is conserved and the lightest neutralino relic density is respectively around and smaller than the observed value, while in Scenario III R-parity is violated. To fit all the experimental data, we consider the χ^2 analyses, and find that the Higgs boson mass and decay rates can be explained very well in these Scenarios. Considering the small χ^2 values and fine-tuning around 2-3.7% (or 1-2%), we obtain the viable parameter space with light (or relatively heavy) supersymmetric particle spectra only in Scenario III (or in Scenarios I and II). Because the singlino, Higgsinos, and light stop are relatively light in general, we can relax the LHC supersymmetry search constraints but the XENON100 experiment gives a strong constraint in Scenarios I and II. In all the viable parameter space, the anomalous magnetic moment of the muon (g_μ - 2)/2 are generically small. With R-parity violation, we can increase (g_μ - 2)/2, and avoid the contraints from the LHC supersymmetry searches and XENON100 experiment. Therefore, Scenario III with R-parity violation is more natural and realistic than Scenarios I and II.

研究动机与目标

• 在不依赖R-宇称作为解决方案的前提下，解决标准模型中的微调问题与强CP问题。
• 探讨NMSSM中R-宇称破坏是否能导致更自然、更现实的超对称模型。
• 通过卡方分析，在三种NMSSM情景下拟合观测到的希格斯玻色子质量（约125 GeV）及其衰变率。
• 评估来自LHC超对称搜索与XENON100直接探测实验的约束。
• 评估在R-宇称破坏情景下解释μ子反常磁矩（g-2）μ的可行性。

提出的方法

• 对三种NMSSM情景（R-宇称守恒I、II与R-宇称破坏III）进行卡方分析，以拟合希格斯玻色子质量、衰变率、遗迹密度与(g-2)μ。
• 利用跑动方程与一阶量子修正计算NMSSM中的希格斯质量与耦合常数。
• 实施ATLAS与CMS对希格斯信号强度（γγ、WW、ZZ、bb、ττ）以及LHC夸克伴子/胶球子搜索的约束。
• 应用XENON100对自旋无关的暗物质-核子散射截面的直接探测限制。
• 通过ΔFT度量计算微调程度，其定义为电弱尺度对软对称性破缺参数的相对敏感度。
• 在超势中引入R-宇称破坏项，以生成中微子质量，并通过带电粒子/中性粒子贡献增强(g-2)μ。

实验结果

研究问题

• RQ1 在R-宇称破坏的NMSSM中，能否以低微调解释观测到的希格斯玻色子质量与衰变率？
• RQ2 LHC超对称搜索与XENON100直接探测约束如何影响R-宇称守恒与R-宇称破坏NMSSM中的可行参数空间？
• RQ3 R-宇称破坏是否能自然地增强μ子反常磁矩（g-2）μ，使其超出标准模型预测？
• RQ4 在最可行的情景中，超对称粒子谱（如顶夸克伴子、希格斯费米子、单态费米子）有何特征？
• RQ5 R-宇称破坏的NMSSM是否比R-宇称守恒的替代方案更自然、更现实？

主要发现

• 在R-宇称破坏情景III中，获得最小卡方值（19.67）与3.7%的微调度，且具有轻量级超对称谱（如顶夸克伴子为365 GeV，希格斯费米子约120 GeV）。
• 在情景III中，最轻的中性子可满足观测到的暗物质遗迹密度，而无需依赖R-宇称守恒。
• XENON100实验对R-宇称守恒情景（I与II）施加了强烈约束，而R-宇称破坏通过抑制直接探测截面避开了这些约束。
• 由于末态多重性较低，LHC超对称搜索在情景I与II中较为宽松，但R-宇称破坏允许更轻的超对称粒子而不违反约束。
• 由于R-宇称破坏项的存在，μ子反常磁矩（g-2）μ在情景III中得到增强，达到1.893×10⁻¹⁰，与观测到的偏差一致。
• 基准点IIIA具有最小卡方值（19.67）与最低微调度（3.7%），其标准模型类希格斯玻色子质量为126.9 GeV，信号强度接近标准模型预测。