2.5 Désintégration du Higgs et des sparticules
2.5.1 Désintégration du boson de Higgs
Le boson de Higgs du MSSM avec des scalaires lourds va se désintégrer principalement comme celui du modèle standard [9]. Il a une masse qui peut varier dans l’intervalle ∼ 130 − 160 GeV pour MS = 104 − 1014 GeV et tan β = 30. Tout au long de cette section, tan β sera fixée à cette valeur. Les rapports d’embranchement du Higgs du modèle standard sont présentés dans la figure 2.16.
Pour de faibles valeurs de MS, le Higgs a une masse de l’ordre de MH .130 GeV et se désintègre principalement en des paires b¯b avec un rapport d’embranchement de ∼ 90% ; suivi de loin par les désintégrations en τ+τ− et en c¯c avec des embranchements de ∼ 5%. La désintégration dans des paires de gluons gg, donnée par des boucles de quarks top, contribue aussi à hauteur de quelques pourcents. Même si leur contribution au rapport d’embranchement est très faible (∼ 1h), les désintégration en γγ et Zγ, avec un quark top ou un boson W comme médiateur, donnent un signal très clair dans les collisionneurs. De plus, ces canaux sont sensibles aux nouvelles particules chargées comme les charginos.
Z t t ZZ WW gg ss b b BR(H) M H [GeV℄ 1000 700 500 300 200 160 130 100 1 0.1 0.01 0.001 0.0001
Fig. 2.16 – Rapports d’embranchement du Higgs du MS en fonction de la masse MH [9]. Lorsque MH &140 GeV, le boson de Higgs se désintègre dans des paires W W et ZZ, avec un des bosons vecteurs hors couche de masse. Pour MH & 150 GeV, le Higgs se désintègre presque exclusivement en deux W réels. Tous les autres canaux sont donc très supprimés. En particulier, le canal H → ZZ est supprimé parce qu’un des Z est virtuel.
Même si le Higgs du MSSM avec des scalaires lourds se désintègre principalement comme celui du MS, il existe deux cas où il présente des différences. Dans un premier
lieu, pour de petites valeurs de la masse du neutralino le plus léger, le canal H → χ0 1χ0
1
[104, 105] peut être cinématiquement accessible. Dans le scénario 1, ce canal est révélant pour des petites valeurs de M2, où le χ0
1 est principalement de type bino et donc MH & 2mχ ∼ 2M1 ∼ M2. Pour des valeurs de µ croissantes, le χ0
1 est de plus en plus de type bino et son couplage au Higgs est de moins en moins important.
Dans la figure 2.17, dans le plan [µ, M2] on présente les régions où le rapport d’embran-chement BR(H → χ0
1χ0
1) est plus grand que 1% et 5% et donc potentiellement mesurable au futur accélérateur linéaire international (ILC). Ces régions ont été calculés grâce à une version modifiée du code HDECAY [83]. De plus, dans cette figure on présente, en vert, les contraintes données par les mesures de précision auprès des collisionneurs et, en rouge, la région permise par WMAP.
Fig. 2.17 – Rapport d’embranchement BR(H → χ0 1χ0
1) dans le plan [µ, M2], pour MS = 104 GeV et pour le scénario 1. Les régions satisfaisant WMAP et exclues par les collisionneurs sont présentés respectivement en rouge et en vert.
Dans le scénario 24, comme le rapport entre les masses du bino et du wino est M1 : M2 ∼ 1 : 6, l’espace de paramètres accessible est beaucoup plus important que pour le cas avec universalité, et est borné par M2 . MH/6. Dans la figure 2.18 on présente le rapport d’embranchement du Higgs en deux LSPs pour ce scénario de non universalité.
Dans ce cas, le rapport d’embranchement peut atteindre des valeurs supérieures à 10% qui sont compatibles avec la contrainte de densité relique de matière sombre. Si c’est le pôle du H ou du Z celui qui donne la bonne densité relique, alors le couplage entre le Higgs et le neutralino le plus léger est potentiellement mesurable à l’ILC.
La désintégration du Higgs en d’autres neutralinos ou charginos plus lourds est en général cinématiquement exclue. Néanmoins, dans le scénario 24, la limite inférieure de
CHAPITRE 2. LE MSSM AVEC DES SCALAIRES LOURDS 76
Fig. 2.18 – Rapport d’embranchement BR(H → χ0 1χ0
1) dans le plan [µ, M2], pour MS = 104 GeV et pour le scénario 24.
la masse de la LSP est mχ0
1 & 17 GeV, ce qui laisse la possibilité d’une désintégration H → χ0
1χ0
2. Mais ce canal a lieu pour des valeurs de M2 et µ très proches de la zone exclue par les contraintes de LEP2 et qui ne satisfont pas la densité relique mesurée par WMAP. Un deuxième cas où l’on peut avoir des déviations par rapport à la désintégration du Higgs du MS correspond au canal H → γγ [106, 107]. En effet, mis à part les contributions des boucles du quark top et du boson W on doit prendre en compte les boucles des charginos. Il est important de remarquer que contrairement aux couplages du Higgs avec les particules du MS (proportionnels à leurs masses), les couplages Higgs-charginos sont inversement proportionnels à mχ±. On a donc une contribution donnée par les charginos seulement importante pour des masses de charginos assez faibles [108, 109] . Dans la figure 2.19 on présente dans le plan [µ, M2] la déviation de BR(H → γγ) pour le MSSM avec des scalaires lourds par rapport au modèle standard
∆Γ
Γ ≡ ΓLourds(H → γγ) − ΓMS(H → γγ)
ΓLourds(H → γγ) , (2.32)
pour le cas avec unification des masses des jauginos et MS = 104 GeV. La région satisfai-sant WMAP et celle exclue par les mesures de précision sont également présentées.
La déviation par rapport au MS est supérieure à 2%, ce qui la rend potentiellement observable dans l’option γγ de l’ILC puisqu’on attend une précision de cette ordre dans la mesure du couplage Hγγ. Ceci est possible seulement pour des assez petites valeurs de M2 et donc des petites masses de χ±
1.
La contribution des charginos diminue pour de grandes valeurs de µ parce que le chargino χ±
Fig.2.19 – Déviations du MSSM avec des scalaires lourds par rapport au MS de BR(H → χ0
1χ0
1) dans le plan [µ, M2], pour MS = 104 GeV et pour le scénario 24.
couplage au Higgs devient de plus en plus faible. Le signe de la contribution est donné par le signe de µ, donc pour µ < 0, ΓLourds(H → γγ) < ΓMS(H → γγ).
Comme la masse des charginos dépend uniquement de M2 et µ, la déviation présenterait le même aspect pour les cas avec non universalité ; l’unique différence viendrait des régions permises par WMAP et des contraintes des collisionneurs données par la figure 2.12. Dans ces scénarios de non universalité, en général les régions qui engendrent la bonne densité relique nécessitent des grandes valeurs de M2 et µ. Ces régions correspondent à des χ±
très lourds qui ne contribueront presque pas à la désintégration du Higgs en γγ. C’est pour cette même raison que dans ces scénarios la désintégration H → χ0
1χ0
1 est supprimée. Pour des valeurs de MS &1010GeV, la masse du Higgs MH ∼ 160 GeV est proche du seuil de production de deux bosons W sur couche de masse. Donc les rapports d’embran-chement en neutralinos χ0
1 et en photons devient plus faibles que pour MS = 104 GeV, étant en compétition avec le processus H → W W∗.
Un troisième cas où l’on pourrait avoir des déviations par rapport à la désintégration du Higgs du MS correspondrait au canal H → Zγ, mais les contributions des boucles des charginos sont en général beaucoup moins importantes que pour le canal en deux photons.