[論文レビュー] Finiteness and the Higgs mass prediction

S. Heinemeyer, M. N. Mondragón+1 more|ArXiv.org|Oct 3, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、すべてのループで有限性を保証するための高次元のRGI関係（特に、普遍的なスカラースケール質量の和則）を用いた、有限な$SU(5)$超対称性の統一理論（FUT）を提案する。トップクォークおよびボトムクォークの質量、$B$物理学の観測量、ヒッグス粒子の質量制約、および冷たい暗黒物質密度によってモデルを制約した結果、ヒッグス粒子の質量は121–126 GeVと予測され、LEPおよびLHCの制約と整合的である。一方、超対称スケールは概ね重く、最も軽い超対称粒子（LSP）は500 GeVを超える。

ABSTRACT

Finite Unified Theories (FUTs) are N=1 supersymmetric Grand Unified Theories (GUTs) which can be made finite to all-loop orders, leading to a drastic reduction in the number of free parameters. By confronting the predictions of SU(5) FUTs with the top and bottom quark masses we are able to discriminate among different models. Including further low-energy phenomenology constraints, such as B physics observables, the bound on the SM Higgs mass and the cold dark matter density, we derive predictions for the lightest Higgs boson mass and the sparticle spectrum.

研究の動機と目的

• すべてのループで有限性を保証するRGI関係を用いた、$N=1$超対称性の統一理論（FUT）の構築。
• ゲージ・ユクワ統一とスカラースケール質量の和則を用いて自由パラメータの数を削減。
• 低エネルギー観測量（トップおよびボトムクォークの質量、$B$物理学のブランチ比、ヒッグス粒子の質量制約、冷たい暗黒物質密度）を用いたモデルの制約。
• 完全に有限な理論における最も軽いヒッグス粒子質量とスパルトスペクトルの予測。
• コライダーの素粒子物理学的性質と暗黒物質の制約に対するモデルの妥当性の評価。

提案手法

• ゲージおよびユクワ結合に対してRGI関係を適用し、ゲージ・ユクワ系において1ループおよび2ループの有限性を保証。
• NSVZの$eta$関数から導かれる全ループ順序における普遍的なスカラースケール質量の和則を適用し、スカラースケール質量スペクトルの安定化を図る。
• FeynHiggsコードを用いて、有限補正と体系依存性を考慮した最も軽いヒッグス粒子質量$M_h$を計算。
• MicroMegasを用いて冷たい暗黒物質密度$\Omega_{\rm CDM}h^2$を計算し、残存密度の制約を検証。
• 実験的制約の統合：$BR(b\to s\gamma)$、$BR(B_s\to\mu^+\mu^-)$、および標準模型ヒッグス粒子の下限114.4 GeV。
• スカラースケール質量とGUTスケールの閾値補正（最大5%まで）を変動させ、$M_h$における不確実性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限な$SU(5)$超対称性GUTは、実験的制約と整合するヒッグス粒子質量を予測できるか？
• RQ2 $B$物理学の観測量と冷たい暗黒物質の制約は、有限FUTの有効なパラメータ空間をどのように規定するか？
• RQ3 RGIスカラースケール質量を用いた完全に有限な$SU(5)$ FUTにおいて、最も軽いヒッグス粒子の質量範囲は何か？
• RQ4 このような有限モデルにおけるスパルトはどれほど重く、LHCまたはILCで検出可能か？
• RQ5 モデルの制約下でも、最も軽い超対称粒子（LSP）は冷たい暗黒物質候補として妥当か？

主な発見

• $μ<0$のFUTBモデルにおいて、最も軽いヒッグス粒子質量は121–126 GeVの範囲に予測され、LEPおよびLHCの制約と整合的である。
• $B$物理学の制約と緩い冷たい暗黒物質密度の制約（$\Omega_{\rm CDM}h^2 < 0.3$）を組み込むと、自然に観測された範囲内にヒッグス粒子質量が収束する。
• ヒッグス粒子質量の予測は、LSPの性質に依存せず安定している。中性ノ${\chi}^0$およびストーキャ${\tilde{\tau}}$の両方において、$M_h$の値は同程度の範囲に収束する。
• SUSYスペクトルは一般的に重く、最も軽い超対称粒子（LSP）は約500 GeVから始まり、直接検出は困難である。
• 全ループでの有限性とRGIスカラースケール質量和則のおかげで、モデルの予測力が向上し、自由パラメータが削減され、電荷破れや色破れの真空状態に対する安定性が向上する。
• 双線形項によるR-数不変性の破れは、ストーキャの崩壊を可能にし、LSPを暗黒物質候補から除外するが、ヒッグス粒子質量の予測にはほとんど影響しない。