[论文解读] Vacuum Stability Constraints on the Enhancement of the h ! Rate in the MSSM

Teppei Kitahara|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用 17

一句话总结

本文研究了在最小超对称标准模型（MSSM）中，真空稳定性对希格斯玻色子衰变到双光子过程增强的约束。通过将真空亚稳态条件应用于具有轻量级右手上/下夸克（stau）及大左右混合的场景——这些场景是解释双光子通道中观测到的1.5–1.8倍过量所必需的——研究发现，此类增强受到严重限制，当较轻的stau质量为100 GeV时，其上限仅为25%。

ABSTRACT

The ATLAS and CMS collaborations discovered a new boson particle. If the new boson is the Higgs boson, the diphoton signal strength is 1.5 - 1.8 times larger than the Standard Model (SM) prediction, while the WW and ZZ signal strengths are in agreement with the SM one. In the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), overall consistency can be achieved by a light stau and the large left-right mixing of staus. However, a light stau and large left-right mixing of staus may suffer from vacuum instability. We first apply the vacuum meta-stability condition to the Higgs to diphoton decay rate in the MSSM. We show that the vacuum meta-stablity severely constrains the enhancement to the Higgs to diphoton rate. For example, when the lighter stau mass is 100 GeV, the upper bound on the enhancement to the Higgs to diphoton rate becomes 25%.

研究动机与目标

• 研究在MSSM中，观测到的希格斯玻色子衰变到双光子过程增强1.5–1.8倍是否可以被一致实现。
• 评估真空亚稳态对具有轻量级stau及大左右stau混合场景的影响。
• 在真空稳定性约束下，推导希格斯玻色子衰变到双光子过程增强的定量界限。
• 在保持真空稳定性的同时，调和双光子信号过量与标准模型预测之间的关系。

提出的方法

• 将真空亚稳态条件应用于MSSM的希格斯规范场以评估电弱真空的稳定性。
• 聚焦于具有轻量级stau（100 GeV）及大左右stau混合的场景，这些场景可增强希格斯玻色子衰变到双光子的分支比。
• 利用MSSM拉格朗日量和有效势计算真空衰变速率及稳定性条件。
• 作为stau质量与混合参数的函数，评估希格斯玻色子衰变到双光子过程的增强。
• 将预测的增强与ATLAS和CMS数据中观测到的1.5–1.8倍过量进行比较。
• 通过要求真空保持亚稳态，推导出增强的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不违反真空亚稳态的前提下，MSSM中观测到的希格斯玻色子衰变到双光子过程增强1.5–1.8倍是否可以被解释？
• RQ2 在真空亚稳态约束下，希格斯玻色子衰变到双光子过程的最大可能增强是多少？
• RQ3 轻量级stau质量与大左右stau混合如何影响MSSM中的真空稳定性？
• RQ4 真空亚稳态在多大程度上限制了stau介导的希格斯玻色子衰变到双光子过程的可行性？
• RQ5 当较轻的stau质量为100 GeV时，希格斯玻色子衰变到双光子过程增强的定量上限是多少？

主要发现

• 真空亚稳态条件在MSSM中对希格斯玻色子衰变到双光子过程的增强施加了严重限制。
• 当较轻的stau质量为100 GeV时，希格斯玻色子衰变到双光子过程的增强最大允许值被限制在25%以内。
• 具有轻量级stau及大左右stau混合的场景虽然能够解释双光子过量，但受到真空不稳定的约束。
• 除非stau质量显著提高，否则观测到的双光子通道中1.5–1.8倍的增强超过了真空稳定性极限。
• 真空亚稳态施加了强有力的理论约束，限制了某些MSSM解释双光子信号过量的可行性。
• 25%的增强上限是在假设较轻stau质量为100 GeV且混合程度较大的前提下推导得出的。