[論文レビュー] TASI 2004 Lecture Notes: Higgs Boson Physics

Laura Reina|ArXiv.org|Dec 30, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、標準模型（SM）および最小超対称標準模型（MSSM）におけるヒッグスボソン物理学について包括的なレビューを提供しており、理論的制約、崩壊分岐比、およびハドロン衝突型およびレプトン衝突型加速器における生成断面積に焦点を当てている。次-leading order（NLO）および次々次-leading order（NNLO）の高度な摂動的計算を提示し、理論的不確実性の範囲内で、ボトムクォークを始めとするヒッグス生成において4フラバーと5フラバーのスケームの間で一致が得られることを示しており、精度の高いヒッグスの素粒子物理学における重要な進展である。

ABSTRACT

In these lectures I briefly review the Higgs mechanism of spontaneous symmetry breaking and focus on the most relevant aspects of the phenomenology of the Standard Model and of the Minimal Supersymmetric Standard Model Higgs bosons at both hadron and lepton colliders. Some emphasis is put on the perturbative calculation of both Higgs boson branching ratios and production cross sections, including the most important radiative corrections.

研究の動機と目的

• 研究者向けに、標準模型および最小超対称標準模型におけるヒッグスボソン物理学の自己完結的入門を提供すること。
• ユニタリティ、無次元性、真空安定性、電弱精度測定を含む、ヒッグスボソン質量に関する理論的制約をレビューすること。
• テバトロン、LHC、国際線形衝突型加速器（ILC）におけるヒッグスボソンの崩壊および生成の素粒子物理学的現象を分析すること。
• 特に $gg \to H$ および $q\bar{q}, gg \to b\bar{b}H$ のための、最新の摂動的計算によるヒッグス崩壊率および生成断面積を提示すること。
• ボトムクォークを始めとするヒッグス生成における4フラバーと5フラバーのスケームの不一致を、NLOおよびNNLO結果の比較によって解消すること。

提案手法

• 標準模型およびMSSMにおけるヒッグス機構と自発的電弱対称性の破れにおけるその役割をレビューする。
• ユニタリティ、無次元性、真空安定性、および間接的精度測定を用いて、SMヒッグスボソン質量に関する理論的制約を分析する。
• 摂動的量子場理論の技術を適用し、ヒッグスボソンの分岐比および生成断面積（放射修正を含む）を計算する。
• NLOおよびNNLO計算を用いて、ボトムクォークを始めとするヒッグス生成における4フラバーと5フラバーのスケームの比較的検討を行う。
• スケール変動（結合スケールおよび因子化スケール）を用いて、断面積における理論的不確実性を推定する。
• NLOおよびNNLO計算の数値結果を用い、テバトロンおよびLHCにおける $pp, p\bar{p} \to b\bar{b}H$ および $pp, p\bar{p} \to b(\bar{b})h$ の4FNSおよび5FNS予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型ヒッグスボソン質量に関する主要な理論的制約は何か？
• RQ2 SMとMSSMにおけるヒッグスボソンのカップリングおよび崩壊分岐比にはどのような相違があるか？
• RQ3 テバトロン、LHC、ILCにおけるヒッグスボソンの主な生成メカニズムおよび崩壊チャネルは何か？
• RQ4 4フラバーと5フラバーのスケームは、ボトムクォークを始めとするヒッグス生成断面積の予測においてどのように比較されるか？
• RQ5 NLOおよびNNLO補正は、ヒッグス生成における4FNSと5FNS予測の不一致をどの程度解消するか？

主な発見

• MSSMにおける包含的および半包含的 $b\bar{b}H$ 生成のNLOおよびNNLO計算は、それぞれのスケール不確実性の範囲内で、4FNSと5FNSのスケームの間で良好な一致を示している。
• テバトロンおよびLHCの両方において、5FNSは4FNSよりもわずかに高い断面積を予測するが、その差は理論的不確実性の範囲内にある。
• $q\bar{q}, gg \to b\bar{b}H$ におけるNLO補正の取り入れは、従来の4FNSと5FNSの結果の不一致を解消するために不可欠である。
• 4FNSおよび5FNSの両方において摂動級数は異なる順序で整理されているが、同じ次数（NLO/NNLO）で切り捨てた場合、スケール不確実性の範囲内で一貫した結果が得られる。
• $pp, p\bar{p} \to b(\bar{b})h$ 生成に関しては、4FNSおよび5FNSのNLO断面積がスケール変動帯内で一致しており、両スケームがこの次数で信頼できることが確認された。
• NLOおよびNNLOにおける4FNSと5FNSの一致は、不確実性を一貫して推定する限り、精度の高いヒッグス物理学においてどちらのスケームを使用しても妥当であることを裏付けている。