NMSSM中次轻标量希格斯态的LHC信号衰变渠道

摘要

我们研究了和次轻的cp -甚至希格斯玻色子的衰变通道在大型强子对撞机的NMSSM是由胶子聚变产生的。我们发现，当不可能通过后一种渠道发现，不可能通过前一种渠道发现最终状态是一个很有希望发现LHC的群众高达250左右的G​​EV。这样的发现大多都是伴随着一盏灯吗 ，哪一个是区分NMSSM和MSSM的明确证据在MSSM中是不可能的。

1.介绍

在大型强子对撞机中发现了质量在125gev左右的标准模型- (SM-)类似希格斯玻色子[1- - - - - -4]可以容纳在次最小超对称标准模型(NMSSM)的框架内[5- - - - - -16因此，它获得了越来越多的关注。在该模型中，一个希格斯单线态场被加入到两个msm型希格斯双线态中，以给出一个自然的解释 -MSSM的问题[17］．因此，由于额外的希格斯单线态的存在，NMSSM的希格斯扇区比MSSM的希格斯扇区更丰富。

电弱对称破缺后的NMSSM的希格斯谱包含七个希格斯质量态，假设CP守恒:两个伪标量希格斯 ，三个标量希格斯 ，和一对带电的希格斯粒子 ．在2012年发现了类似SM的希格斯玻色子之后，对额外的希格斯玻色子的观察(如果它们存在的话)将指向SM的超对称扩展的存在。NMSSM框架,寻找希格斯玻色子已经由许多作者,旨在建立所谓的“稳赚不赔的定理”NMSSM指出一个或多个的希格斯玻色子NMSSM应该发现在大型强子对撞机在整个NMSSM参数空间(18- - - - - -27］．所有这些研究都是在2012年大型强子对撞机发现希格斯玻色子之前进行的。在2012年发现希格斯玻色子之后，人们也进行了许多关于发现其他希格斯玻色子的可能性的研究[28- - - - - -51］．

NMSSM的一个有趣的特征是，如果运动学允许的话，希格斯到希格斯的衰变在参数空间的大范围内占主导地位。这种衰变在NMSSM框架中的重要性一直在文献中被强调(参见，例如，Ref. [52])。结果表明，矢量玻色子融合(VBF)可以作为一种合适的生产通道进行检测 在大型强子对撞机中，希格斯对衰变成［19］．矢量玻色子聚变和希格斯辐射产生机制也可以用于发现希格斯粒子最终状态(53］．此外，可以提供一些范围和胶子聚变产生通道的特征[22，54］．希格斯玻色子的产生与对也可以是一种很好的搜索方法 在大型强子对撞机[55］．所有这些研究都在2012年在HIGGS发现之前进行。

在本文中，我们研究了LHC发现次轻cp -甚至希格斯玻色子的潜力 ，这不是SM样的HIGG，腐烂到两个光CP奇数HGGS玻色子或者一个规范玻色子通过胶子聚变 在NMSSM框架中的最终状态。我们计算了这两个过程的信号速率 和 检查是否存在NMSSM参数空间的某些区域和在大型强子对撞机中可以同时观测到的状态(我们不考虑两者的情况和最终状态，因为这些通道负担着巨大的SM背景)。我们执行一个调频信号-背景分析生产。结果表明，在NMSSM中存在参数区域和可以通过该过程在LHC中找到信号 ．

论文计划如下。在下一节中，我们将简要讨论NMSSM的希格斯扇区，描述在电流约束下执行的NMSSM参数空间扫描。节3.，我们展示了包容性生产率在LHC中最终状态以及一些基准点的信号-背景分析。最后，本节给出了结论4．

2.NMSSM的希格斯区

用通常的两个msm型希格斯双线超场描述NMSSM的标度不变超势和还有单线背心由[8，9］． 两者俩和是无量纲的耦合。这个词是介绍解决 -MSSM超电位问题。当单重态超场形成真空期望值(VEV)时 在自发对称性突破时，“有效” -给出的参数 将自动生成电挖掘量的顺序。引入上述等式的最后一个术语以避免Peccei-Quinn对称性[56，57］．双重和单线字段的软中断项读取 在哪里和三线性耦合参数是超对称性质量尺度的量级吗 ．

物理上的希格斯玻色子是在希格斯场获得真空期望值(vev)后产生的， ， ，和 ，消除戈德斯通玻色子状态。因此，势具有标量场的非零质量模的项 ，赝标量场 ，和带电字段给出的

我们可以得到树级质量的物理质量本征态如下。首先，cp -偶希格斯态在树级的质量矩阵的元素由58］ 在哪里 ， ，和 ．

第二，在树水平上cp -奇希格斯态的质量矩阵的元素为[58］

第三，[58］

由上式可知，NMSSM在树级的希格斯扇区由6个参数描述: ， ， ， ， ，和 ．假设CP守恒，NMSSM中最轻的CP-甚至希格斯玻色子(如果它是类sm的希格斯)在树级的质量上限为[8，9］

这个表达式中的最后一项可以提升比MSSM高10-15 GeV。因此，获得最轻的希格斯粒子所需的回路修正更少， ，质量在125亿电子伏特左右的sm。显然，大的值tan值较低是获得较大价值的在树的层次上。的场景 格威的意思是是高度单态的，所以它可以逃脱来自轻粒子、Tevatron和LHC的限制。在这种情况下，次之最轻的cp——甚至是希格斯玻色子是质量在125gev左右的类似sm的希格斯粒子。

在本文中，我们有兴趣生产下一个最轻的Scalar Higgs Boson ，它不是类似sm的希格斯玻色子，它会衰变为两个轻的cp奇希格斯玻色子， ，或者轻的cp-odd higgs和一个衡量的玻色子， ，在质量区域 GeV。我们使用package nmsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssmtools [59- - - - - -61[除了超对对称粒子的光谱之外，计算所有HIGGS孔的质量，联轴器和衰减宽度。该套餐考虑了各种理论和实验限制，例如来自LEP，Tevatron和LHC的负面HIGGS搜索的限制，以及包装中实现的SESY质量限制。此外，它考虑了upsilon的约束， ，和以及类似sm的希格斯粒子的质量边界及其信号速率。有关限制的更多细节可以在包的网站上找到。我们忽略了暗物质的约束条件，因为它的性质仍然未知。我们也不考虑介子异常磁矩的约束，因为这种约束具有很大的理论不确定性。

在我们的参数空间中，我们通过在以下范围内改变NMSSM的树级参数来进行扫描:

注意，这里我们关注的是值较大的场景和少量值和同时获得与 GeV和一盏灯 ．剩余的标量和规范的软质量参数，以及三线性软超SUSY耦合参数，在更高的阶数，被设置为(我) （ii） GeV, GeV, GeV(3)

我们随机对上述参数进行扫描，确定通过所有理论和实验约束的NMSSM的参数空间。我们的扫描结果包含了所有通过约束条件的幸存数据点的NMSSM希格斯玻色子的质量和分支比率。如上所述，我们忽略了暗物质残留密度的限制。要了解这些约束对NMSSM参数空间的影响，请参见Ref. [62及其参考文献。

3. HIGGS BOSON信号率

在本节中，我们将讨论在胶子聚变中产生的 在质量区域的大型强子对撞机 GeV。该地区与 GeVis less promising since the cross sections for the产量随产量的增加而迅速下降大众。对于随机扫描获得的幸存数据点，我们计算其包含截面使用CalcHEP进行生产[63]进行以下过程:

在这里，我们考虑一个群众中心能源  TeV for the LHC.

在图1，我们给出了次轻的cp -甚至希格斯玻色子的质量NMSSM的树级参数。你会发现，对于幸存的分数，减少通过增加而它通过增加增加来增加和 ．同时，我们发现对于我们的参数空间，大多数幸存的点对应于 和 而在很均匀。

看数据2和3.，显示之间的相关性以及最轻的cp -甚至是希格斯粒子质量和之间的以及最轻的cp -奇希格斯粒子质量对于幸存点，很明显，在我们参数空间的大多数地区是类似sm的希格斯粒子还是只能在参数空间的一个小区域中发挥SM样HIGG的作用。这是在我们参数空间中选择的大部分点的双峰和单线型组分的混合物。数字3.表明，越小的 ，较小的 ．因为幸存点的值很小 ，只有很小的值是允许的。这个数字的一个值得注意的特点是可以是围绕125 GEV的质量的SM样HIGG，这对应于光线与 GeV。

由于希格斯双线和单线的混合，在NMSSM参数空间的大范围内，即使是小质量的希格斯玻色子，希格斯到希格斯的衰变都是运动学允许的。此外，NMSSM的一个显著里程碑是最轻的cp奇希格斯玻色子的存在质量值小于这是很自然的，但在MSSM的背景下是不可能的。在图4，我们显示之间的相关性和衰变成光Cp-ord Higgs对 (a) and into an一个规范玻色子(b)从图的第(a)段可以清楚地看出，这个腐烂的地方 是显性的，当它是运动学开放的。发现BR( ）范围约为40%至100%(见图(a))，而最大BR( ）为0.1%(见图中的面板(b))。事实上，支配衰减通道导致对其他衰减通道的抑制，例如和其他渠道。

数字5说明了包容生产率最终结束 (一)和 (b)作为 ．它从图中显示出来产量随产量的增加而迅速下降 ．很明显，生产速度 规模大吗，小到100 fb的价值 ，而产量 非常小，最多达到0.5 fb左右。后者的生产速度显然不足以检测在大型强子对撞机中，考虑到轻子的衰变约为17.5%。简而言之，包括生产速率腐朽 是有希望的，并且可以发现两者和在大型强子对撞机的生产速度腐朽 是非常小的。因此，我们将分析前一个信道的信号-背景，因为后一个信道是无用的。

为了宣布在大型强子对撞机的发现，我们已经做了一个基于CalcHEP的音阶信号-背景(S/B)分析。主要的标准模型背景是来自于不可简化的背景 (通过和交换)。在这里，我们假设双轻子衰变通道的年代。在表1，我们给出4个点作为不同质量的基准点做我们的分析。在这里，我们假设Tau Jets通过总横截面缩放的标记效率为50％。如表所示，我们已经计算了信号和背景过程的横截面以及重要性 在群众中心  TeV for the LHC. We have done that for 300 fb和1000年的神奇动物(我们做这样的分析时没有假设任何削减。当然，适当的切割可以提高信号与背景的比例，我们留给实验人员去做)。很明显，有一个很好的潜力来检测腐朽 在质量区域的大型强子对撞机 GeV。相应的信号事件是相当大的31680阶事件 GeV和2364事件 300 fb活动集成的光度。同样，这些结果没有假设任何削减，这当然是减少信号率的数量。因此，我们认为LHC的积分光度为1000 fb有潜力发现 ，如果它不是一个质量高达250gev的类似sm的希格斯粒子。这样的发现大多都是伴随着一盏灯吗 ．这种光的存在是区分NMSSM和MSSM的直接证据。

4.结论

在本文中，我们探索了次轻的CP-even希格斯态的发现前景， ，在大型强子对撞机 TeV。我们已经研究了探测器的可探测性在这两个过程中 和 ．我们已经证明由于包容性生产率小，后一种渠道的发现是不可能的，前一种渠道是有希望的 是相当大的，应该有助于发现在集成光度为1000 fb的大型强子对撞机中，质量高达250 GeV的信号 ．

通过对声调水平的信号和显性背景的分析，我们证明了两者的发现和在大型强子对撞机中是可能的。这样的发现大多都是伴随着一盏灯吗与 ．这种光的存在是NMSSM的直接证据，如这种光在MSSM中是不可能的。当然，更多的实验分析包括 -衰变、探测器效应、帕顿簇射和强子化都需要声明在大型强子对撞机中发现希格斯粒子的实际潜力。然而，我们相信，我们的结果对那些对确定大型强子对撞机的NMSSM希格斯信号感兴趣的科学家是有价值的。

通过这个过程发现了希格斯粒子 事实上有两个优点。一方面，它可能是一个良好的替代方案来发现两者和这在直接生产中很难发现。另一方面，它可以用来测量三线性希格斯玻色子自耦合 ．

数据可用性

作者确认，支持这项工作的结果的数据在文章中是可用的。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

我们非常感谢Taibah University，KSA的支持。

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