[論文レビュー] Higgs-Boson Masses and Mixings in the MSSM with CP Violation and Heavy SUSY Particles

Nicholas A. Murphy, Heidi Rzehak|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、重いスピンカーのスーパーストロング対称性（SUSY）粒子を仮定したCP非対称MSSMにおいて、有効場理論の手法を用いてヒッグスボソンの質量スペクトルと混合を計算している。MSSMを1ループレベルで低エネルギー2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）にマッチングし、2ループの整合性関係方程式（RGEs）を用いてパラメータを低エネルギースケールに発展させている。CP非対称位相が最も軽いヒッグスボソンの質量を数GeVのスケールでシフトさせることを発見した。中性ヒッグス系における顕著なCP混合が生じている。

ABSTRACT

We calculate the Higgs-boson mass spectrum and the corresponding mixing of the Higgs states in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We assume a mass-hierarchy with heavy SUSY particles and light Higgs bosons. To investigate this scenario, we employ an effective-field-theory approach with a low-energy Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) where both Higgs doublets couple to up- as well as down-type fermions. We perform a one-loop matching of the MSSM to the 2HDM and evolve the parameters to the low energy scale by exploiting two-loop renormalization group equations, taking the complex parameters into account. For the calculation of the pole mass, we compare three different options: one suitable for large charged Higgs masses, one for low charged Higgs masses, and one approximation that interpolates between these scenarios. The phase dependence of the mass of the lightest neutral Higgs boson can be sizeable, i.e. on the order of a couple of GeV depending on the scenario. In addition, we discuss the CP composition of the neutral Higgs bosons.

研究の動機と目的

• 重いSUSY粒子の下でCP非対称MSSMにおける正確なヒッグスボソン質量と混合を計算すること。
• 重いSUSYスケールに起因する大きな対数項によるヒッグス質量予測の理論的不確実性を解消すること。
• 高精度で複素パラメータとCP非対称位相をヒッグス質量計算に組み込むこと。
• 変動するチャージドヒッグスボソン質量に応じた異なる極質量計算スキームを比較し、必要に応じて補間すること。
• 複素位相が存在する状況における中性ヒッグスボソンのCP成分を評価すること。

提案手法

• 1ループレベルでMSSMを低エネルギー2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）にマッチングする有効場理論の手法を採用する。
• 2ループの整合性関係方程式（RGEs）を用いて、高エネルギースケールから低エネルギースケールへパラメータを発展させ、複素パラメータを含む。
• ヒッグス極質量を計算するための3つの異なる手法を用いる：1つは大きなチャージドヒッグスボソン質量に最適化されたもの、1つは小さな質量に最適化されたもの、残りは補間近似法。
• 適切な位相処理を施した1ループ自己エネルギーおよびタドルプ補正を含め、複素ヤヌーガ結合および真空期待値のずれを考慮する。
• WおよびZボソン質量および電荷のオンシェル正規化条件を、1ループ自己エネルギーを用いて適用する。
• 完全な1ループ補正（Δr型寄与を含む）を用いて、オンシェルの真空期待値を$ar{\mathrm{MS}}$スキームに変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重いSUSY粒子を伴うMSSMにおいて、CP非対称位相は最も軽い中性ヒッグスボソンの質量にどのように影響するか？
• RQ2 複素パラメータは、中性ヒッグス状態の混合パターンおよびCP成分にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 異なる極質量計算スキームは、変動するチャージドヒッグスボソン質量の状況でどのように比較できるか？
• RQ4 重いSUSYスケールに起因する大きな対数項はヒッグス質量予測にどの程度の影響を及ぼし、どのように合算（resummed）できるか？
• RQ5 有効2HDMフレームワークにおいて、CP非対称補正がヒッグス質量スペクトルに及ぼす定量的サイズは何か？

主な発見

• 最も軽いヒッグスボソン質量の位相依存性は、CP非対称な状況に応じて最大数GeVに達する可能性がある。
• 中性ヒッグスボソンのCP成分は複素パラメータの影響を強く受け、CP偶性状態とCP奇性状態の間で顕著な混合が生じる。
• 大きなまたは小さなチャージドヒッグスボソン質量に最適化された2つの手法と、補間スキームの3通りの極質量計算手法は、パラメータ空間全体で一貫した結果を示している。
• 複素パラメータを含む2ループRGEの導入により、ヒッグス質量スペクトルのより正確で信頼性の高い予測が可能になった。
• トップヤヌーガ結合の位相に起因する数値的効果は無視できる。位相は小さく保たれ、質量行列に顕著な変化をもたらさない。
• オンシェルから$ar{\mathrm{MS}}$スキームへの1ループ変換は一貫して適用されており、正確なマッチング条件を保証している。