[論文レビュー] Raising the Higgs Mass in Supersymmetric Models

A. Delgado|ArXiv.org|Sep 7, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、MSSM や NMSSM の限界を超えて、微調整を回避しながら、超対称モデルにおける木レベルのヒッグス粒子質量を向上させる2つのメカニズムを提案する。1つ目のメカニズムは、MSSM の漸近的に自由なゲージ拡張と重いトリプレットを用いた D-term を利用するもので、2つ目のメカニズムは、修正された NMSSM における強相関的 F-term と強化された RGE 進化を用いる。両方のメカニズムとも、木レベルのヒッグス質量を最大で 214 GeV まで引き上げることができ、LEP II の下限を余裕をもって超え、微調整を再導入せずに軽いスパーティクルを許容する。

ABSTRACT

The minimal supersymmetric standard model, and extensions, predicts a relatively light higgs particle if one supposes perturbativity until high scales. That fact is in conflict with nowadays data coming from LEPII fruitless searches for the Higgs boson. This bound is sufficient to rule out a big portion of the parameter space of the MSSM. In this letter we propose two mechanism of raising the higgs mass at tree level, thus not needing very heavy sparticles that would reintroduce some fine-tuning in the problem.

研究の動機と目的

• MSSM が予測する軽いヒッグス粒子質量と LEP II の下限 114 GeV の間の矛盾を解消すること。
• スパーティクルが非常に重くならずに、木レベルでのヒッグス質量の上昇によって電弱階層問題における微調整を低減すること。
• MSSM や NMSSM を超える新しい物理学を探索し、摂動論的性質や統一性を損なわずに、より重いヒッグス粒子を実現すること。
• ヒッグス系における漸近的に自由な相互作用を導入することで、より軽いスパーティクルと微調整の少ない実現可能な超対称モデルを可能にすること。

提案手法

• ゲージ群 SU(3)×SU(2)₁×SU(2)₂×U(1)ᵧ を持つ MSSM のゲージ拡張を導入し、SU(2)₁ が漸近的に自由であるようにすることで、赤外領域での大きな結合定数を実現する。
• 変換性が (2,2̄) のバイダブルット Σ を用い、SU(2)₁×SU(2)₂ を対角部分群にまで対称性を破り、ヒッグスポテンシャルに D-term 捕捉を生じさせる。
• Σ の実部である重いトリプレットを積分して取り除くことで、調整可能なパrameter Δ を持つ有効な D-term ポテンシャルが得られ、ヒッグス質量が向上する。
• F-term の状況では、シングレット S を追加し、超ポテンシャルに λSHH̄ を含める。このとき、λ の RGE 進化は、弱い結合 g を強いゲージ結合 g₁ に置き換えることで変更され、赤外領域での大きな値を実現可能になる。
• NMSSM に類似したフレームワークにおいて、1ループのヒッグス質量行列を導出し、軽い CP 偶性ヒッグス粒子の質量が λv に達することを示す。decoupling limit において λv は最大で 214 GeV に達する。
• LEP II の下限 114 GeV は、必ずしも最も軽いヒッグス粒子ではなく、最も重いヒッグス状態に適用されることを示し、これにより最も軽いヒッグス粒子が 114 GeV 未満であっても、境界条件を満たすことが可能になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非常に重いスパーティクルを必要とせず、微調整を再導入せずに、MSSM の限界である約 130 GeV を超える木レベルのヒッグス質量を実現できるか？
• RQ2 D-term メカニズムにおいて、漸近的に自由なゲージ系を導入することで、ヒッグス質量とそれによる物性論的性質にどのような影響を与えるか？
• RQ3 弱い結合を強いゲージ結合 g₁ に置き換えることで、修正された NMSSM におけるシングレット結合 λ の RGE 進化を著しく強化できるか？これにより、より大きな木レベルのヒッグス質量が達成可能か？
• RQ4 これらのモデルにおける新しいヒッグス状態のコライダーの署名は何か、特に電荷付きヒッグス粒子が最も軽いヒッグス粒子である場合に注目する。
• RQ5 電弱精度制約と decoupling limit は、LEP II のヒッグス下限を踏まえた場合、これらのモデルの妥当性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• D-term メカニズムでは、大きな tanβ および decoupling 限界において、パラメータ g₁(u)=1.80、g₂(u)=0.70、u=2.4 TeV、m=10 TeV を用いて、木レベルのヒッグス質量が 214 GeV に達する。
• g₁ を大きくし、m²≫u² とすることで D-term 捕捉が強化され、Δ=6.97 に達する。これにより、木レベルでのヒッグス質量が直接的に上昇する。
• F-term の状況では、1ループのヒッグス質量行列により、λv が最大に達する decoupling 限界で、最も軽い CP 偶性ヒッグス粒子の質量が最大で 214 GeV に達する。
• λ の RGE は、弱い結合 g を強い結合 g₁ に置き換えることで変更され、これにより λ の赤外領域での大きな値が実現可能となり、摂動論的性質を損なわず、より重いヒッグス粒子が得られる。
• LEP II の下限 114 GeV は、最も重いヒッグス状態に適用されるため、最も軽いヒッグス粒子がこの下限未満であっても、境界条件を満たすことが可能である。これにより、特徴的な分岐比を持つ新しいコライダーの署名が可能になる。
• これらのモデルでは、ヒッグス質量が新しい強い相互作用によって木レベルで上昇するため、MSSM よりもスパーティクルが軽く、微調整が低減される。