[論文レビュー] Higgs boson bounds in non-minimal supersymmetric standard models

J. R. Espinosa, M. Quirós|Aug 14, 1992

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、1ループの放射修正およびトップ・ボトムクォークのヤコビ係数を含む、非最小超対称標準模型（NMSSM）における軽いCP偶性ヒッグスボソンの質量の上限を、連立微分方程式の数値的積分によって計算している。ゲージシングレットを含むNMSSMとゲージトリプレットを含むNMSSMの両方において、トップクォーク質量が91 GeVを超えると、絶対的な上限は約140 GeVであることが判明した。これは追加のヒッグスセクターと高スケールにおける摂動性の制約のおかげで、MSSMの110 GeVの上限を上回る。

ABSTRACT

In the minimal supersymmetric standard model (MSSM), when radiative corrections are included, the mass of the $CP=+1$ lightest Higgs boson is bounded by $\sim 110\ GeV$ for $m_t < 150\ GeV$ and a scale of supersymmetry breaking $\sim\ 1\ TeV$. In non-minimal supersymmetric standard models (NMSSM) upper bounds on the mass of the corresponding scalar Higgs boson arise if the theory is required to remain perturbative up to scales $\gg G_F^{-1/2}$. We have computed those bounds for two illustrative NMSSM: i) A model with an arbitrary number of gauge singlets; ii) A model with three $SU(2)_L$ triplets with $Y=0,\pm 1$. We have integrated numerically the corresponding renormalization group equations (RGE), including the top and bottom quark Yukawa couplings, and added one-loop radiative corrections. For $m_t > 91\ GeV$ the absolute bounds are $\sim 140\ GeV$ for both models.

研究の動機と目的

• 最小超対称標準模型（MSSM）におけるヒッグスボソン質量の上限を、非最小超対称モデルへ拡張すること。
• 特にゲージシングレットまたはトリプレットといった追加のヒッグスセクターが、最も軽いヒッグスボソン質量の上限に与える影響を調査すること。
• 理論がフェルミスケール（G_F^{-1/2}）よりもはるかに高いスケールまで摂動的であることを保証する条件を課すこと。
• 1ループ補正およびトップ・ボトムクォークの完全なヤコビ係数を含む、連立微分方程式（RGE）を数値的に解くことで、これらの上限を計算すること。

提案手法

• ゲージシングレットを任意個数持つモデルと、Hypercharge Y = 0, ±1 の3つのSU(2)_Lトリプレットを持つモデルという2つの異なるNMSSM実装における、連立微分方程式（RGE）の数値的積分。
• 特にトップおよびボトムクォークのヤコビ係数からの寄与を含む、ヒッグスポテンシャルにおける1ループの放射修正の組み込み。
• フェルミスケール（G_F^{-1/2}）よりもはるかに高いスケールまで摂動性を保証する条件を適用し、許容されるパラメータ空間を制限すること。
• トップクォーク質量を主要な入力として用い、m_t > 91 GeV の場合の境界を分析すること。
• 2つのNMSSMモデル間での得られたヒッグス質量境界を比較し、異なる新物理セクターの影響を評価すること。
• これらの制約下で、最も軽いCP偶性ヒッグスボソンの許容される最大質量を計算すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高スケールまで摂動性が保たれる条件が課された非最小超対称標準模型において、最も軽いCP偶性ヒッグスボソンの質量の最大値は何か？
• RQ2 特にゲージシングレットまたはトリプレットといった追加のヒッグス場は、MSSMと比較してヒッグス質量の上限にどのように影響を与えるか？
• RQ3 トップクォーク質量は、これらの拡張モデルにおける導出されたヒッグス質量境界にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 トップおよびボトムクォークの放射修正およびヤコビ係数は、NMSSMにおけるヒッグス質量の上限にどのように変化をもたらすか？
• RQ5 同じ摂動性制約下で、シングレットを含むNMSSMとトリプレットを含むNMSSMの間で、ヒッグス質量境界に顕著な差異が生じるか？

主な発見

• シングレットを含むNMSSMとトリプレットを含むNMSSMの両モデルにおいて、トップクォーク質量が91 GeVを超えると、最も軽いCP偶性ヒッグスボソンの質量上限は約140 GeVである。
• この上限は、MSSMの典型的な110 GeVの上限を上回っており、NMSSMにおける拡張されたヒッグスセクターが、摂動性を保ちつつより重いヒッグスボソンを許容できることを示唆している。
• フェルミスケール（G_F^{-1/2}）よりもはるかに高いスケールまで摂動性を保証する条件は、これらの上限を導出する上で極めて重要であり、許容されるパラメータ空間を制限している。
• 1ループの放射修正およびトップ・ボトムクォークの完全なヤコビ係数の組み込みは、ヒッグスポテンシャルのパラメータの走査に顕著な影響を及ぼし、最終的な質量境界に直接的な影響を与える。
• 異なるNMSSM実装においても結果が一貫しており、同じ理論的制約下で約140 GeVの普遍的な上限が存在することが示唆されている。
• 境界はm_t > 91 GeVのときには飽和しており、非最小超対称モデルにおける最大達成可能なヒッグス質量に影響を与えるトップクォーク質量の臨界閾値が存在することを示している。