[論文レビュー] FeynHiggsFast: a program for a fast calculation of masses and mixing angles in the Higgs Sector of the MSSM

S. Heinemeyer, W. Hollik+1 more|ArXiv.org|Feb 19, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 29

ひとこと要約

FeynHiggsFast は、MSSM の中性CP偶性ヒッグスボソンの質量および混合角を、コン pact な解析的近似を用いて二ループ階層まで計算する、高度に最適化された Fortran プログラムである。完全な図式計算と比較して 3×10⁴ 倍の高速化を達成しながら、MSSM パラメータ空間の大部分で 2 GeV 未満の精度を維持しており、コライダー・フェノメノロジーにおけるヒッグス・セクターの迅速かつ高精度な研究を可能にする。

ABSTRACT

FeynHiggsFast is a Fortran code for the calculation of the masses and the mixing angle of the neutral CP-even Higgs bosons in the MSSM up to two-loop order. It is based on a compact analytical approximation formula of the complete diagrammatic one-loop and the dominant two-loop contributions. At the one-loop level a leading logarithmic result is used, taking into account all sectors of the MSSM. At the two-loop level at O(alpha alpha_s) the leading logarithmic and non-logarithmic contributions are taken into account. The approximation formula is valid for arbitrary choices of the parameters in the Higgs sector of the model. Comparing its quality to the full diagrammatic result, we find agreement better than 2 GeV for most parts of the MSSM parameter space.

研究の動機と目的

• MSSM ヒッグス・セクターにおけるヒッグス粒子の質量および混合角を、高速かつ高精度に計算するためのツールを開発すること。
• 正確性を損なわずに、精度の高いヒッグス物理学における計算コストを低減すること。
• LHC や将来のコライダー研究のための、より大きなフェノメノロジカル・コードへの効率的な統合を可能にすること。
• CP 偶性ヒッグス・セクターにおける二ループ補正、特に支配的である ααs 項および準支配的である G_F²m_t⁶ 項を含めた、信頼性の高い近似を提供すること。

提案手法

• プログラムは、完全な一次ループおよび支配的二次ループのフェ Feynman 図式結果から導出された、コン pact な解析的近似式を用いている。
• 一次ループレベルでは、MSSM 全体のセクターを含む、対数的支配項近似が用いられている。
• 二次ループレベルでは、O(ααs) 項の支配的寄与と、O(G_F²m_t⁶) 項の準支配的寄与が、走査群法を用いて取り入れられている。
• 自己エネルギーにおける外部運動量依存性を無視することで、質量行列の対角化が簡略化されている。
• 補正されたヒッグス質量行列の対角化により、有効混合角 α_eff が計算されている。
• コードは、ユーザーが変更可能なフロントエンドと、他のプログラムへの統合に最適化された固定サブルーチンに構成されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コン pact な解析的近似は、完全な二ループ MSSM ヒッグス質量および混合角計算をどの程度正確に再現できるか？
• RQ2 MSSM パラメータ空間全域において、解析的近似と完全な図式計算との間で生じる最大偏差はどれくらいか？
• RQ3 MSSM ヒッグス・セクターにおいて、完全な図式計算を簡略化された解析的公式に置き換えることで、どの程度の高速化が達成できるか？
• RQ4 どのMSSMパラメータ空間の領域で近似が破綻するか、またはより大きな偏差を示すか？
• RQ5 この近似は、コライダー物理学のためのより大きなフェノメノロジカルコードのサブルーチンとして信頼できてか？

主な発見

• FeynHiggsFast における解析的近似は、MSSM パラメータ空間の大部分で、完全な図式計算結果と 2 GeV 未満の偏差で再現している。
• プログラムは、完全な図式コード FeynHiggs と比較して、約 3×10⁴ 倍の高速化を達成している。
• 有効混合角 α_eff の相対的偏差は、MA が 100–150 GeV で、tanβ が大きい狭い領域を除き、3% 未満に保たれている。この領域では、自己エネルギーの微小な変化に対する感度が高くなる。
• 質量縮退領域に近い領域でも、近似は良好に機能しており、自己エネルギーのわずかな変化が大きな角度のずれを引き起こす場合でも安定している。
• コードは、LHC や将来の線形コライダー研究を含む、高精度ヒッグスフェノメノロジーに十分に安定かつ正確に使用可能である。
• モジュラーなフロントエンド設計のおかげで、HDECAY などの他のコードへのシームレスな統合が可能である。