[論文レビュー] Higgs boson decays in the Complex MSSM

Karina Williams, G. Weiglein|ArXiv.org|Oct 29, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、複素MSSMにおけるHiggsカスケード崩壊 $ h_2 \to h_1 h_1 $ の完全な1ループ頂点補正を提示し、FeynHiggsから得られる2ループ伝播関数補正と組み合わせる。改善された理論予測により、低 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ および中程度の $ \tan\beta $ の領域で、以前に除外されなかった領域が確認され、頂点補正が除外されなかったパrameter空間のサイズと形状を顕著に変化させることを示している。これは、伝播関数補正のみを用いた場合に過小評価されていた結果である。

ABSTRACT

The analysis of the Higgs search results at LEP showed that a part of the MSSM parameter space with non-zero complex phases could not be excluded, where the lightest neutral Higgs boson, h_1, has a mass of only about 45 GeV and the second lightest neutral Higgs boson, h_2, has a sizable branching fraction into a pair of h_1 states. Full one-loop results for the Higgs cascade decay h_2 --> h_1 h_1 are presented and combined with two-loop Higgs propagator corrections taken from the program FeynHiggs. Using the improved theoretical prediction to analyse the limits on topological cross sections obtained at LEP, the existence of an unexcluded region at low Higgs mass is confirmed. The effect of the genuine vertex corrections on the size and shape of this region is discussed.

研究の動機と目的

• 非ゼロのCP対称性の破れ位相を有する複素MSSMにおけるHiggsカスケード崩壊 $ h_2 \to h_1 h_1 $ の完全な1ループ頂点補正を計算すること。
• 伝播関数補正を超えた真の頂点補正を含めることで、$ h_2 \to h_1 h_1 $ の崩壊幅に対する理論的予測を改善すること。
• 更新された理論的予測を用いて、CPXベンチマーク設定におけるLEPの除外限界を再分析すること。
• 低 $ M_{h_1} $ における除外されないパrameter領域のサイズと形状に及ぼす頂点補正の影響を評価すること。
• ヤコビ近似やフェルミオン/スフェルミオンのみの頂点寄与といった近似手法と比較し、完全1ループ結果の妥当性を検証すること。

提案手法

• フェルミオン・スフェルミオン・スカラーフィールド・ゲージボソン・スピン1/2およびスピン0のすべてのMSSMセクターと複素位相を含む、フェルミオン図式的手法による $ h_a \to h_b h_c $ 頂点補正の完全1ループ計算を実施した。
• 計算はFeynArtsおよびFormCalcを用いて実装され、FeynHiggsプログラムから得られる2ループ自己エネルギー補正と組み合わせられた。
• 波動関数正規化（Z因子）は、$ \overline{\text{DR}} $ スキームを用い、一貫性を保つために高次項はFeynHiggsから取り入れた。
• 理論的予測は、95%信頼水準でのチャンネルごとの感度解析を用いて、LEPのトポロジカル断面積限界と比較された。
• 分析には、$ m_t = 170.9\,\text{GeV} $ を含む更新されたパrameterを有するCPXベンチマーク設定が使用され、$ \tan\beta $ および $ M_{H^\pm} $ を変化させた。
• ヤコビ近似やフェルミオン/スフェルミオンのみの頂点寄与といった近似手法を用いて、完全な頂点補正の影響を分離するための比較が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全1ループ頂点補正は、複素MSSMにおける崩壊幅 $ \Gamma(h_2 \to h_1 h_1) $ にどのように影響を与えるか？
• RQ2 これらの頂点補正は、低 $ M_{h_1} $ における除外されないパrameter領域のサイズと形状にどのような影響を与えるか？
• RQ3 完全な頂点補正を含めることで、CPX設定におけるLEPの除外限界の解釈はどのように変化するか？
• RQ4 ヤコビ近似などの異なる理論的近似手法は、完全1ループ結果と比較して、除外されない領域を予測する際にどのように異なるか？
• RQ5 トップクォーク質量の入力値が、除外されない領域のサイズにどの程度の影響を及ぼすか？

主な発見

• 完全1ループ頂点補正を含めることで、特に低 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ の領域において、予測される崩壊幅 $ \Gamma(h_2 \to h_1 h_1) $ が顕著に変化することが分かった。
• 更新された理論的予測を用いることで、低 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ および中程度の $ \tan\beta $ の領域における除外されない領域が確認され、LEPヒッグス解析の初期の結果と整合的である。
• 除外されない領域の形状とサイズは、完全な頂点補正の含め方に強く依存しており、ヤコビ近似などの近似手法では、顕著に異なるかつ不正確な領域が得られることが分かった。
• $ h_2 \to h_1 h_1 $ が崩壊幅を支配する領域と除外されない領域が一致しており、除外限界の評価において正確な頂点補正が極めて重要であることが示された。
• 更新された値 $ m_t = 170.9\,\text{GeV} $ の代わりに $ m_t = 174.3\,\text{GeV} $ を用いることで、除外されない領域のサイズが増加することが分かった。これは、入力パrameterに敏感であることを示している。
• 波動関数正規化およびFeynHiggsからの高次補正は、正確なオンシェルS行列要素を導くために不可欠であり、実験的限界との一貫性ある比較を行うために不可欠である。