[論文レビュー] SUSY-QCD corrections to MSSM Higgs boson production via gluon fusion

Margarete Mühlleitner, Heidi Rzehak+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、MSSMにおけるグルーオン融合によるCP偶性ヒッグス粒子（h, H）生成に対する、初めての完全な次-leading-order（NLO）SUSY-QCD補正を提示する。これは、トップ、 bottomおよびスクォークのループにおける完全な質量依存性を含む。これらの補正が顕著であり、ボトムクォークのフォーム因子が $ύb$ スキームで正規化されている場合には、$Δ_b$ 法による精度の高い近似が可能であることを示している。また、重いグルーギノ極限におけるグルーギノのデカップリングのための一貫性のある有効ラグランジアンを導出し、Appelquist-Carazzone定理に従うことを確認している。

ABSTRACT

In the MSSM scalar h,H production is mediated by heavy quark and squark loops. The higher order QCD corrections have been obtained some time ago and turned out to be large. The full SUSY QCD corrections have been obained recently including the full mass dependence of the loop particles. We describe our calculation and present first numerical results. We also address the question of the proper treatment of the large gluino mass limit, i.e. the consistent decoupling of heavy gluino effects, and present the effective Lagrangian for decoupled gluinos.

研究の動機と目的

• MSSMにおけるグルーオン融合によるCP偶性ヒッグス粒子（h, H）生成に対する完全なNLO SUSY-QCD補正を計算すること。
• 大きなグルーギノ質量極限の適切な取り扱いを行い、Appelquist-Carazzoneデカップリング定理に整合することを保証すること。
• グルーギノデカップリング後に得られるスカラーヒッグス粒子とグルーオンの有効相互作用を記述する有効ラグランジアンを導出すること。
• ループ粒子の完全な質量依存性を含めた全断面積の数値的結果を提供すること。
• 正規化スキーム依存性の文脈において、SUSY-QCD補正の $Δ_b$ 近似の有効性を評価すること。

提案手法

• NLO SUSY-QCD補正の計算には、1ループの仮想補正と実際の励起過程（例：$gg \to gh/H$, $gq \to qh/H$）を用いる。
• トップ、ボトムおよびスクォークのループにおける完全な質量依存性は、形式因子 $A_Q^{h/H}(\tau)$ および $A_{\tilde{Q}}^{h/H}(\tau)$ を通じて取り入れられ、後者はスクォークを含む三角形図から導出される。
• 強い結合定数およびクォーク・スクォーク質量の正規化は $\overline{\text{MS}}$ スキームで実施され、衝突型発散はパートン分布関数に吸収される。
• グルーギノデカップリングのための有効ラグランジアンは、正規化群の発展と運動量減算を用いて導出され、クォークヤクワとスクォーク-ヒッグス結合の間の修正された関係が得られる。
• グルーギノ質量スケールにおけるマッチング条件には、有限のしきい値補正と $M_{\tilde{g}}$ より下でのRGEからの対数項が含まれ、デカップリング定理と整合性を持つように保証される。
• 数値的結果は、$\overline{\text{MS}}$-正規化されたボトムクォークフォーム因子を用いて得られ、$Δ_b$ 近似と比較される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全なNLO SUSY-QCD補正は、MSSMにおけるグルーオン融合による $pp \to h/H$ の全断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ボトムクォークフォーム因子が $\overline{\text{MS}}$ スキームで正規化されている場合、$\Delta_b$ 近似は真のSUSY-QCD補正を正確に記述できるか？
• RQ3 一貫性のあるグルーギノデカップリングの後、ヒッグス-グルーオン結合の正しい有効ラグランジアンは何か？
• RQ4 放射修正は、重いグルーギノ極限におけるクォークヤクワとスクォーク-ヒッグス結合の関係をどのように変更するか？
• RQ5 導出された有効理論は、大きな $M_{\tilde{g}}$ 極限において Appelquist-Carazzone デカップリング定理を満たしているか？

主な発見

• グルーオン融合による $pp \to h/H$ への完全なNLO SUSY-QCD補正は顕著であり、トップ、ボトムおよびスクォークのループ質量に強く依存する。
• ボトムクォークフォーム因子が $\overline{\text{MS}}$ スキームで正規化されている場合、$\Delta_b$ 近似は真のSUSY-QCD補正を良好に記述する。
• グルーギノデカップリング後のヒッグス-グルーオン結合の有効ラグランジアンには、有限のしきい値補正と、Appelquist-Carazzone定理と整合する対数的構造が含まれる。
• 有効ラグランジアンにおける係数 $C_{\text{SQCD}} = \frac{37}{6}$ は、大きなグルーギノ質量極限においても明確に定義されており、一貫性のあるデカップリングを確認する。
• 数値的結果から、補正は軽いスクォークおよび大きな $\tan\beta$ の場合に最も顕著であり、仮想および実際の補正が全断面積に顕著に寄与することが示された。
• 本研究は、$\overline{\text{MS}}$-正規化されたボトムクォークフォーム因子が、完全なSUSY-QCD補正を信頼性高く正確に近似できることを確認した。