[論文レビュー] New Physics Search via the Higgs Self-Coupling

Shinya Kanemura, Shingo Kiyoura+3 more|ArXiv.org|Sep 27, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、二重ヒッグスダブルレットモデル（THDM）および最小超対称標準模型（MSSM）におけるヒッグス自己結合定数（λhhh）の量子補正を調査し、THDMにおける非分解性の四次質量項効果が、他のヒッグス結合がすべて標準模型（SM）に類似している場合でも、SM予測からの最大100％のずれを引き起こす可能性があることを示している。一方、MSSMでは、ループ補正が抑制されるため、標準的な分解性を示す。

ABSTRACT

We discuss quantum corrections of new physics to the triple coupling of the lightest CP-even Higgs boson in the Two Higgs Doublet Model (THDM) and also in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). In the THDM, quartic contributions of the mass of heavy particles in the loop can appear, which are not absorbed by renormalization of the Higgs boson mass. Such non-decoupling effects on the self-coupling can give corrections of ${\cal O}(100%)$, even when all measured Higgs couplings with gauge bosons and fermions are consistent with the Standard Model prediction. In the MSSM, the loop-corrections decouple in such a scenario.

研究の動機と目的

• 二重ヒッグスダブルレットモデル（THDM）における新しい物理学が、1ループ量子補正を通じてヒッグス自己結合定数λhhhに与える影響を調査すること。
• THDMとMSSMにおける重いヒッグスボソンの分解性行動を比較し、特に非分解性の四次質量寄与の観点から検討すること。
• hVVおよびフェルミオンの結合がSMに類似している条件下で、将来の線形衝突機（LCs）におけるλhhhの精密測定によって新しい物理学を検出可能かどうかを評価すること。
• 他のヒッグス結合がすべてSM予測と整合的であるにもかかわらず、THDMでλhhhに大きなずれが生じる条件を特定すること。
• 非分解性効果の大きさを決定づけるソフト破れスケールMおよび重いヒッグス粒子の質量の役割を評価すること。

提案手法

• 重いヒッグス状態（H, A, H±）を含む1ループ補正を用いて、THDMにおける有効ヒッグス自己結合定数λhhh^effを計算し、mΦ⁴/v²に比例する寄与と(1 - M²/mΦ²)³で抑制される項を含む。
• 同じ枠組みをMSSMに適用し、ヒッグス系がTHDMの弱結合限界として得られることを考慮し、ストップループ補正をmₜ⁴/Mₛ²で抑制された形で導出する。
• SMに類似したhVV結合およびフェルミオン結合を実現するため、sin²(α - β) ≈ 1の条件を適用し、新物理学の主要なプローブとして自己結合を分離する。
• 摂動的ユニタリティおよびρパラメータの制約のもと、重いヒッグス粒子の質量（m_A, m_H, m_H±）とソフト破れスケールMの関数としてλhhh^effの数値的解析を実施する。
• 非オーバーラップ状態のヒッグス粒子におけるλhhh^eff(q²)の運動量依存性を評価し、特にM → 0の極限での挙動を検討する。
• Model IとModel IIのTHDMにおける結果を比較し、b → sγの制約により、差異は主にチャージドヒッグスの寄与に現れることに注意する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべての他のヒッグス結合が標準模型（SM）と整合的である場合でも、THDMにおいてヒッグス自己結合定数λhhhに大きなずれが生じ得るか？
• RQ2 THDMにおけるλhhhのループ補正における四次質量依存性（mΦ⁴）の役割は何か？ そして、それが非分解性効果を引き起こす仕組みは？
• RQ3 MSSMにおける重いヒッグスボソンの寄与の分解性行動は、一般のTHDMとどのように異なるか？ 特にMが大きい極限において。
• RQ4 MSSMにおけるストップループ補正がλhhhに与える影響はどの程度か？ また、どのパrameter選択において5％を超えるか？
• RQ5 積分光度が1 ab⁻¹（500 GeV）および5 ab⁻¹（3 TeV）の線形衝突機において、λhhhにおける新しい物理学の検出可能なシグネチャは何か？

主な発見

• THDMでは、重いヒッグスボソン（H, A, H±）による非分解性四次項寄与が、他のすべてのヒッグス結合がSMに類似している場合でも、λhhhにおける補正が最大100％に達する可能性がある。
• 最大の非分解性効果は、M → 0の極限で発現し、抑制因子(1 - M²/mΦ²)³が消えることで、大きなmΦ⁴寄与が顕在化する。
• m_A = 400 GeVの場合、摂動的ユニタリティ制約（m_A < 600 GeV）のもとで、SM予測からのずれは約100％に達する。
• 500 GeVのLCで1 ab⁻¹の光度を持つ場合、m_h = 120 GeVのときλhhhは約20％の精度で測定可能であり、3 TeVで5 ab⁻¹では精度が約7％に向上する。
• MSSMでは、ループ補正がmₜ⁴/Mₛ²で抑制され、標準的な分解性を示す。ストップループ補正が5％を超えるのは、Mₛが小さい軽いストップ状態のときのみである。
• 非オーバーラップヒッグス粒子におけるλhhh^eff(q²)の運動量依存性は、M = 0のとき顕著に変化し、非オーバーラップ領域における新物理学への強い感受性を示している。