[論文レビュー] Suggestions for Improved Benchmark Scenarios for Higgs-Boson Searches at LEP2

Marcela Carena, S. Heinemeyer+2 more|ArXiv.org|Dec 2, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 62

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）におけるLEP2におけるヒッグス粒子探索のための3つの改善されたベンチマークシナリオを提案する。固定されたトップクォーク質量（$m_t = 175$ GeV）および超対称スケール（$M_{\text{SUSY}} = 1$ TeV）のもとで、最も軽いCP偶性ヒッグス粒子質量 $m_h$ を最大化することに注目する。$m_h^{\text{max}}$ シナリオを導入し、$\tan\beta$ の関数として $m_h$ の理論的上限を定義する。また、$m_h$–$\tan\beta$ 平面の完全なカバレッジを可能にする新しい大$\mu$シナリオを提案するが、$b\bar{b}$ decay 分岐比の抑制により検出が困難になる可能性がある。

ABSTRACT

We suggest new benchmark scenarios for the Higgs-boson search at LEP2. Keeping m_t and M_SUSY fixed, we improve on the definition of the maximal mixing benchmark scenario defining precisely the values of all MSSM parameters such that the new m_h^max benchmark scenario yields the parameters which maximize the value of m_h for a given tan(beta). The corresponding scenario with vanishing mixing in the scalar top sector is also considered. We propose a further benchmark scenario with a relatively large value of |mu|, a moderate value of M_SUSY, and moderate mixing parameters in the scalar top sector. While the latter scenario yields m_h values that in principle allow to access the complete M_A-tan(beta)-plane at LEP2, on the other hand it contains parameter regions where the Higgs-boson detection can be difficult, because of a suppression of the branching ratio of its decay into bottom quarks.

研究の動機と目的

• LEP2におけるヒッグス粒子探索のためのより正確で物理的に妥当なベンチマークシナリオを定義すること。
• 固定された $m_t$ および $M_{\text{SUSY}}$ に対して $m_h$ を最大化するパラメータ設定を特定し、これにより $m_h^{\text{max}}$ ベンチマークが得られることを示すこと。
• LEP2における $m_h$–$\tan\beta$ 平面の完全カバレッジを可能にする新しい大$\mu$シナリオを提案すること。ただし、$b\bar{b}$ decay の抑制により検出が困難になる可能性があること。
• スカラータップクォーク系における混合効果およびグルーギノ質量が $m_h$ の予測およびヒッグス粒子検出に与える影響を評価すること。
• $BR(h \to b\bar{b})$ または $BR(H \to b\bar{b})$ が抑制される領域を特定し、代替崩壊モードの探索が不可欠であることを強調すること。

提案手法

• 固定された $m_t$、$M_{\text{SUSY}}$、$\tan\beta$ に対して $X_t$ および $X_b$ を変動させ、$m_h$ を最大化することで $m_h^{\text{max}}$ ベンチマークを定義する。
• FeynHiggs および subhpole プログラムを用いて、二ループ補正（SUSY-QCD効果および体系依存性を含む）を含めた $m_h$ を計算する。
• 新しい大$\mu$シナリオを導入し、$|\mu| \sim 500$ GeV、中程度の $M_{\text{SUSY}}$、中程度の $X_t$ を設定することで、広いパラメータ領域のカバレッジを可能にする。
• 生産断面積 $e^+e^- \to hZ$、$HZ$、$hA$ の運動的領域を $\sin^2(\beta - \alpha)$ および $\cos^2(\beta - \alpha)$ の依存性を用いて評価する。
• 関係式 $m_h^2 \sin^2(\beta - \alpha) + m_H^2 \cos^2(\beta - \alpha) = m_h^2|_{M_A^2 \gg M_Z^2}$ を用いて、混合角と $m_h$ の上限を結びつける。
• 二ループ補正による $\Delta\rho$ を組み込み、整合性の確認および標準模型の精度観測量からの逸脱の評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定された $m_t$ および $M_{\text{SUSY}}$ に対して、MSSMにおける $m_h$ の最大可能な値は $\tan\beta$ の関数としてどのように変化するか？
• RQ2 スカラータップクォークの混合（$X_t$）は、$m_h$ の予測およびLEP2におけるヒッグス粒子の検出可能性にどのように影響するか？
• RQ3 LEP2において $b\bar{b}$ decay モードの抑制が見込まれるにもかかわらず、$m_h$–$\tan\beta$ 平面の完全カバレッジを可能にするベンチマークシナリオを定義できるか？
• RQ4 大きな $|\mu|$ パラメータは、LEP2におけるヒッグス粒子の生産および崩壊断面積にどのような影響を及えるか？
• RQ5 どのパラメータ領域で $h \to b\bar{b}$ 崩壊分岐比が抑制され、これにより発見可能性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• $m_h^{\text{max}}$ ベンチマークシナリオでは、$m_t = 175$ GeV および $M_{\text{SUSY}} = 1$ TeV の条件下で、理論的上限として $m_h \lesssim 130$ GeV を達成する。$m_t$ が5 GeV増加した場合、補正により上限が約5 GeV上昇する。
• 混合なしシナリオ（$X_t = 0$）では、$m_h^{\text{max}}$ シナリオに比べて $m_h$ が低くなることが定量的に示され、トップスクォーク混合の影響が明確に特定された。
• 新しい大$\mu$シナリオでは、$m_h$ が最大で約107 GeVに達し、中程度の $M_{\text{SUSY}}$ および $X_t$ の条件下で、LEP2における $m_h$–$\tan\beta$ 平面の完全カバレッジが可能になる。
• 大$\mu$シナリオでは、$\tan\beta$ が大きい領域において $BR(h \to b\bar{b})$ および $BR(H \to b\bar{b})$ が顕著に抑制され、検出感度が低下する。
• 生産断面積 $e^+e^- \to hZ$、$HZ$、$hA$ は、混合角の補完的抑制により運動的に利用可能であり、少なくとも1つのチャネルが検出可能であることが保証される。
• 大$\mu$シナリオの一部の領域において、二ループ補正による $\Delta\rho$ が $10^{-3}$ を超えることが判明し、電弱精度観測量との整合性に問題が生じる可能性がある。