[论文解读] Two Higgs bosons near 125 GeV in the complex NMSSM and the LHC Run-I data

Stefano Moretti, Shoaib Munir|arXiv (Cornell University)|May 4, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 67被引用 4

一句话总结

本文研究了在希格斯 sector 中存在显式 CP 破坏的复杂最小超对称标准模型（cNMSSM），表明在 125 GeV 附近存在两个几乎简并的希格斯玻色子的场景相比单希格斯玻色子场景，对 LHC 运行 I 期希格斯数据的拟合略有改善。包含非零 CP 破坏相位——尤其是 $κ$ 参数中的相位——增强了与数据的一致性，特别是在两个希格斯态均为 CP 混合的情况下，且全局 $\chi^2$ 值更低。

ABSTRACT

We analyse the impact of explicit CP-violation in the Higgs sector of the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) on its consistency with the Higgs boson data from the Large Hadron Collider (LHC). Through detailed scans of the parameter space of the complex NMSSM for certain fixed values of one of its CP-violating (CPV) phases, we obtain a large number of points corresponding to five phenomenologically relevant scenarios containing $\sim 125$ GeV Higgs boson(s). We focus, in particular, on the scenarios where the visible peaks in the experimental samples can actually be explained by two nearly mass-degenerate neutral Higgs boson states. We find that some points corresponding to these scenarios give an overall slightly improved fit to the data, more so for non-zero values of the CPV phase, compared to the scenarios containing a single Higgs boson near 125 GeV.

研究动机与目标

• 评估复杂 NMSSM（cNMSSM）与 LHC 运行 I 期希格斯数据的一致性，特别关注在 125 GeV 附近存在两个希格斯玻色子的场景。
• 研究在希格斯 sector 中显式 CP 破坏——特别是 $κ$ 参数中——是否能相比实数 NMSSM 提高与实验数据的拟合度。
• 确定两个几乎简并的希格斯态是否能通过干涉和混合效应解释观测到的希格斯信号峰。
• 评估 CP 破坏相位是否能在允许强一阶电弱相变的同时，放松费米子电偶极矩（EDM）测量的约束。
• 识别 cNMSSM 中产生 SM 类似信号强度并使双希格斯场景的全局 $\chi^2$ 值改善的参数配置。

提出的方法

• 对 cNMSSM 的参数空间进行详细数值扫描，固定 CP 破坏相位 $φ_{\kappa}$ 的取值：$0^\circ$、$3^\circ$、$10^\circ$、$30^\circ$ 和 $60^\circ$。
• 使用 NMSSMCALC 工具计算希格斯质量、混合角以及产生/衰变率，整合最先进的理论和实验输入。
• 采用全局 $\chi^2$ 拟合程序，将模型预测与 LHC 和 Tevatron 希格斯信号强度数据的联合结果进行比较。
• 聚焦于两个希格斯态（通常为 $H_1$ 和 $H_2$）质量几乎简并（约 125 GeV）的场景，其质量差小于自身的本征宽度。
• 评估通过 $C^{H_i}_{VV}$ 混合参数对标量-赝标量混合的影响，这些参数量化了向量 boson 耦合中的 CP 奇分量。
• 在干涉和混合效应显著的区域忽略这些效应（仅占极小部分点），并将其推迟至后续研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 cNMSSM 中，与单希格斯玻色子场景相比，125 GeV 附近的双希格斯玻色子场景是否能更好地解释 LHC 运行 I 期希格斯数据？
• RQ2 在希格斯 sector 中引入显式 CP 破坏——特别是 $κ$ 参数中——是否能提高与实验信号强度的拟合度？
• RQ3 CP 破坏相位在增强 cNMSSM 与希格斯数据及电弱重子数生成约束的一致性方面起什么作用？
• RQ4 CP 破坏相位如何影响希格斯质量本征态中标量与赝标量分量之间的混合？
• RQ5 在 cNMSSM 中是否存在参数区域，使得两个接近 125 GeV 的 CP 混合希格斯态的全局 $\chi^2$ 值低于其他配置？

主要发现

• 在 125 GeV 附近存在两个几乎简并的希格斯玻色子的场景，相比单希格斯玻色子场景，对 LHC 运行 I 期数据的全局拟合略有改善。
• 当 $\phi_{\kappa} = 10^\circ$ 时，该模型在所有测试场景和相位中达到全局最小 $\chi^2$ 值。
• 与其它相位相比，在 $\phi_{\kappa} = 10^\circ$ 时，有更多点的 $\Delta\chi^2$ 超过全局最小值 4 个单位以上。
• 当 $\phi_{\kappa} = 10^\circ$ 时，信号强度比值 $D_1$、$D_2$ 和 $D_3$ 偏离单位值的偏差更显著，表明对数据具有更强的敏感性。
• 非零 CP 破坏相位——尤其是 $\phi_{\kappa} = 10^\circ$——增强了在 125 GeV 附近存在两个标量样希格斯玻色子的可能性，从而减少了对标量-赝标量混合的需求。
• 当 $\phi_{\kappa} = 10^\circ$ 时，$C^{H_3}_{VV}$ 混合参数保持较小，表明较重的希格斯态中 CP 奇分量极少，有助于维持 SM 类似耦合。