[論文レビュー] SM and MSSM Higgs Boson Production Cross Sections at the Tevatron and the LHC

Thomas Hahn, S. Heinemeyer+3 more|ArXiv.org|Jul 27, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、フェイニヒッズに実装された有効結合近似を用いて、テバトロンおよびLHCにおける標準模型（SM）および最小超対称標準模型（MSSM）のヒッグス粒子生成断面積について、最新のSM計算を用いて更新された理論的予測を提示する。主な貢献は、4つのシナリオと2つのtanβ値を用いたMSSMヒッグス生成の包括的かつベンチマークベースの評価であり、実験的探索とパラメータ抽出のための正確な信号率比較を可能にする。

ABSTRACT

We present results for the SM and MSSM Higgs-boson production cross sections at the Tevatron and the LHC. The SM cross sections are a compilation of the state-of-the-art theoretical predictions. The MSSM cross sections are obtained from the SM ones by means of an effective coupling approximation, as implemented in FeynHiggs. Numerical results have been obtained in four benchmark scenarios for two values of tan beta, tan beta = 5, 40.

研究の動機と目的

• テバトロンおよびLHCにおける標準模型ヒッグス粒子生成断面積について、最新で高精度の理論的予測を提供すること。
• 実験データとの比較を可能にするために、有効結合近似を用いてこれらの予測をMSSMに拡張すること。
• 多様なtanβ値を想定した4つのベンチマークシナリオにおいてMSSMヒッグス生成を評価し、実験的探索を支援すること。
• 主要な生成チャネルにおける信号率の定量的評価を通じて、精度の高い測定とSUSYパラメータの抽出を支援すること。

提案手法

• SM断面積は、最新のQCDおよび電弱計算に基づき、NNLO QCD補正とソフトグルーオンの再結合を含む。
• MSSMでは、フェイニヒッズソフトウェアに実装された有効結合比または崩壊幅比を用いて、SM断面積をスケーリングすることで断面積を導出する。
• 有効結合近似は、MSSM特有のヒッグス結合を考慮し、1ループ補正およびαs tanβ項の再結合を含む。
• MSSMパラメータ空間の多様な性質を探索するために、4つのベンチマークシナリオ（m_h^max、ノーミキシング、グルーオフィックヒッグス、小規模α_eff）が用いられる。
• 主な生成モードとして、グルーオン融合（gg→h）、ベクトルボソン融合（qq→qqh）、ベクトルボソンとの関連生成（qq→Vh）、トップクォークとの関連生成（tth）が含まれる。
• 理論的不確実性は推定されており、SM断面積にはNNLO QCDおよびNLO電弱補正が含まれるが、MSSM結果にはこれらが含まれない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンおよびLHCにおけるSMヒッグス粒子生成断面積は、ヒッグス粒子の質量と生成チャネルによってどのように異なるか？
• RQ2 さまざまなベンチマークシナリオおよびtanβ値におけるMSSMヒッグス粒子の主な生成メカニズムは何か？
• RQ3 MSSMヒッグス結合は、SMと比較して断面積にどのように影響を与え、tanβの影響は何か？
• RQ4 有効結合近似は、完全な計算と比較してMSSMヒッグス生成率をどれほど正確に予測できるか？
• RQ5 ライトヒッグス（h）、ヘビーHiggs（H）、およびパラノイドスカラー（A）の断面積は、ベンチマークシナリオおよび加速器エネルギーによってどのように異なるか？

主な発見

• LHC（14 TeV）では、すべてのヒッグス粒子質量においてグルーオン融合（gg→h）が支配的であり、SMにおいて125 GeVのヒッグス粒子では断面積が最大で約60 fbに達する。
• MSSMにおいては、有効結合近似がtanβに依存する断面積の依存性を的確に捉えており、HおよびAボソンの生成率が高tanβで顕著に増加する。
• m_h^maxおよびノーミキシングシナリオでは、低M_AにおいてhおよびAの断面積が類似しているが、高M_Aでは特にtanβ=40のとき、HおよびAがデジェネレートする。
• グルーオフィックヒッグスおよび小規模α_effシナリオでは、光子およびベクトルボソンへの結合が抑制され、VhおよびVVhチャネルの断面積が著しく減少する。
• tthチャネルでは、高tanβにおいてトップクォークのヤコビ結合が強化されるため、MSSMで断面積が増加し、tanβ=40ではスケーリング係数が最大で約10に達する。
• MSSM断面積の理論的不確実性は、特にトップクォークループを含む過程において、有効結合近似の限界によりSMよりも大きいと推定される。