[論文レビュー] SusyHD: Higgs mass Determination in Supersymmetry

Javier Pardo Vega, Giovanni Villadoro|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 81被引用数 44

ひとこと要約

この論文は、改善されたしきい値補正を備えた、MSSMのヒッグス粒子質量の最先端の有効場理論（EFT）計算であるSusyHDを提示する。理論的不確かさは、関連するパラメータ空間の大部分で1 GeV未塔である。これは、以前の推定よりもわずかに重いSUSYスケールであることを確認し、大$\tan\beta$およびスプリットSUSYのシナリオがSUSYスケールの上限を緩和できることを示している。ヒッグス粒子質量125.09 GeVは、最大混合でもストップクォーク質量が1 TeVを超えることを制約する。

ABSTRACT

We present the state-of-the-art of the effective field theory computation of the MSSM Higgs mass, improving the existing ones by including extra threshold corrections. We show that, with this approach, the theoretical uncertainty is within 1 GeV in most of the relevant parameter space. We confirm the smaller value of the Higgs mass found in the EFT computations, which implies a slightly heavier SUSY scale. We study the large tan(β) region, finding that sbottom thresholds might relax the upper bound on the scale of SUSY. We present SusyHD, a fast computer code that computes the Higgs mass and its uncertainty for any SUSY scale, from the TeV to the Planck scale, even in Split SUSY, both in the DRbar and in the on-shell schemes. Finally, we apply our results to derive bounds on some well motivated SUSY models, in particular we show how the value of the Higgs mass allows to determine the complete spectrum in minimal gauge mediation.

研究の動機と目的

• 大$\tan\beta$におけるボトムおよびタウセクターからの主要なSUSYしきい値補正を含めることで、MSSMにおけるヒッグス質量計算の精度を向上させること。
• 関連するパラメータ空間全域でヒッグス質量予測の理論的不確かさを1 GeV未塔に低減すること。
• TeVからプランクスケールのSUSYまで適用可能な、高速かつ信頼性の高いコンピュータコード（SusyHD）を構築し、$\overline{\rm DR}$およびオンシェル（OS）スキームにおけるヒッグス質量とその不確かさを計算すること。
• 測定されたヒッグス質量125.09 GeVを用いて、スプリットSUSYおよび高スケールのシナリオにおけるSUSYスケールの制約を再評価すること。
• 洗練されたヒッグス質量計算を用いて、最小ゲージメディエーションや異常メディエーションといったwell-motivatedなSUSYモデルに対するモデルに依存しない境界を導出すること。

提案手法

• 論文は、観測されたヒッグス質量とLHCのnull結果を活用し、SUSYスペクトル内の大きな階層を扱い、大きな対数を体系的に再結合する有効場理論（EFT）アプローチを採用する。
• $\overline{\rm DR}$およびオンシェル（OS）のリノーマライゼーションスキームを用いて、トップ、ストップ、グルーギノ、スバットットのしきい値効果を完全に含めた2ループ補正をヒッグス質量に計算する。
• オンシェルスキームは、正しくデカップリング極限を保証し、特にフェルミオン-スカラ質量差が大きいスプリットSUSYにおいて理論的不確かさを制御するために用いられる。
• 主要な式には、2ループ$\mathcal{O}(\alpha_t^2)$補正によるヒッグス四次結合定数の変化が含まれ、両スキームにおける$\delta m_{\tilde{t}}^2$、$\delta m_t$、および$\Delta\lambda$の明示的表現が含まれる。
• 著者らは、SUSYしきい値補正によるヒッグス質量シフトを導出し、$\overline{\rm DR}$スキームにおける非デカップリング効果と、オンシェルスキームにおけるそれらの適切なキャンセルを示している。
• SusyHDコードは、SUSYスケール全範囲にわたるヒッグス質量とその不確かさを計算するように実装されており、オンシェルおよび$\overline{\rm DR}$スキームの両方をサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大$\tan\beta$におけるスバットットおよびタウのしきい値補正を含めることで、MSSMのヒッグス質量予測の精度にどのような影響を与えるか？
• RQ2 洗練されたEFT計算を用いて、125.09 GeVのヒッグス質量が高スケールまたはスプリットSUSYのシナリオで一貫して再現可能か？
• RQ3 異なるスキーム間でのヒッグス質量計算における理論的不確かさはどのように比較されるか？1 GeV未塔にまで低減可能か？
• RQ4 測定されたヒッグス質量が、最大混合でもストップクォーク質量と混合の制約にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 SusyHDコードは、スプリットSUSYおよび最小ゲージメディエーションモデルを含め、SUSYスケール全範囲でヒッグス質量とその不確かさを信頼性高く計算可能か？

主な発見

• すべての主要なしきい値補正を含めた場合、関連するMSSMパラメータ空間の大部分でヒッグス質量計算の理論的不確かさが1 GeV未塔にまで低減される。
• EFT計算により、以前の推定よりもわずかに重いSUSYスケールが確認され、ヒッグス質量125.09 GeVは、最大混合でもストップクォーク質量が1 TeVを超えることを要請する。
• 大$\tan\beta$領域では、スバットットのしきい値補正がSUSYスケールの上限を緩和でき、高スケールまたはスプリットSUSYのシナリオを可能にする。
• オンシェルスキームは、重いグルーギノからの非デカップリング効果を適切にキャンセルし、正しくデカップリング極限を保証するが、$\overline{\rm DR}$スキームでは非デカップリングのべき乗的補正が残り、デカップリングしない。
• SusyHDコードは、TeVからプランクスケールまでのSUSYスケール全範囲で高速かつ高精度なヒッグス質量計算を可能にし、最小ゲージメディエーションや異常メディエーションのようなモデルの制約に有効に応用可能である。
• 本研究は、$m_h = 125$ GeVがSUSYスケールが$10^{10}$ GeV未塔であることを必ずしも示さないことを示しており、高スケールまたはスプリットSUSYのシナリオは依然として妥当である。