[논문 리뷰] Bounds on the Higgs Mass in Variations of Split Supersymmetry

Rakhi Mahbubani|ArXiv.org|2004. 08. 08.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 8인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 일반화된 스플릿 초대칭 시나리오에서 양자수렴군 진화를 분석함으로써 힉스 보손 질량에 대한 모형에 종속되지 않는 경계를 수립한다. 진공 안정성(히긴스 자기상호작용 계수가 너무 부정적이지 않도록)에 기반한 하한과 GUT 스케일까지의 점탄성 조건에 기반한 상한을 도출하며, 새로운 물질과 양자수렴군 상호작용 계수의 존재 여부에 따라 물리적 힉스 질량은 110 GeV에서 400 GeV 사이에 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We investigate the limits on the higgs mass in variations of Split Supersymmetry, where the boundary value of the Higgs quartic coupling at the SUSY breaking scale ($m_s$) is allowed to deviate from its value in the minimal model of Arkani-Hamed and Dimopoulos. We show that it is possible for $λ(m_s)$ to be negative and use vacuum stability to put a lower bound on this coupling, and hence on the mass of the physical higgs. We also use the requirement of perturbativity of all couplings up to the cutoff to determine an upper limit for the higgs mass in models which are further modified by additional matter content. For $m_s\geq 10^6$ GeV we find 110 GeV $\lesssim m_h\lesssim 280$ GeV if the new matter is not coupled to any Standard Model field; and 110 GeV $\lesssim m_h\lesssim 400$ GeV if it has Yukawa couplings to the higgs.

연구 동기 및 목표

• 스플릿 초대칭 모형에서 힉스 자기상호작용 계수 λ(m_s)가 최소 모형에서 벗어날 수 있는 일반화된 스플릿 초대칭 모형에서 힉스 보손 질량의 允가 가능한 범위를 결정하는 것.
• 스플릿 초대칭에서 힉스 보손 질량 경계에 영향을 주는 새로운 물질의 존재(분리된 상태와 힉스와 양자수렴군 상호작용을 하는 상태)를 탐색하는 것.
• 진공 안정성과 GUT 스케일까지의 점탄성 조건을 핵심 물리 원리로 삼아 모형에 종속되지 않는 제약 조건을 유도하는 것.
• 스플릿 초대칭 원리에 기반한 이론에서 힉스 질량에 대한 사전 검증 가능한 예측을 제공하는 것.

제안 방법

• 일차 순서의 양자수렴군 방정식(RGEs)을 사용하여 슈퍼대칭 붕괴 스케일 m_s에서의 힉스 자기상호작용 계수 λ(m_s)를 분석한다.
• 진공 안정성을 확보하기 위해 가짜 진공의 붕괴 확률이 허블 상수보다 작아야 하므로, |λ(m_s)|에 하한을 부여한다.
• 모든 상호작용 계수가 GUT 스케일까지 점탄성 유지되어야 한다는 조건에서 λ(m_s)에 상한을 도출한다.
• 약한 스케일에서 N개의 완전한 SU(5) 다중구조(5 + 5̄) 또는 (5 + 5̄ + 10 + 10̄)를 추가하고, 이들의 힉스와의 양자수렴군 상호작용을 고려한다.
• 게이지 상호작용 계수, 토프 유사 양자수렴군 상호작용 계수, 그리고 힉스 자기상호작용 계수의 기여를 포함하여 λ의 실행을 RGEs를 통해 추적한다.
• 상호작용 계수들을 약한 스케일까지 내려가는 방식으로 실행하고, 효과적 포텐셜의 최소값을 푸는 방식으로 물리적 힉스 질량을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스플릿 초대칭에서 힉스 자기상호작용 계수 λ(m_s)가 음수로 허용될 경우, 힉스 질량의 최소 허용값은 얼마인가?
• RQ2 약한 스케일에서 추가적인 물질 다중구조가 스플릿 초대칭에서 힉스 질량의 상한에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 새로운 페르미온과의 양자수렴군 상호작용이 점탄성 모형에서 힉스 자기상호작용 계수 실행에 기여함으로써 힉스 질량을 얼마나 높일 수 있는가?
• RQ4 두 번째 순서 RGEs와 같은 고차항 보정을 포함할 경우 힉스 질량 경계는 얼마나 민감하게 변하는가?
• RQ5 새로운 무거운 페르미온을 도입함에도 불구하고 정밀 전자약력 측정 데이터와 모형이 일치하는가?

주요 결과

• m_s ≥ 10^6 GeV일 경우, 진공 안정성 조건에 따라 힉스 질량의 하한은 약 110 GeV이며, 이는 힉스 자기상호작용 계수가 너무 부정적이지 않도록 요구함에 기인한다.
• Yukawa 상호작용이 없는 추가적인 SU(5) 다중구조(5 + 5̄)를 도입할 경우, 힉스 질량의 상한은 280 GeV로 제한된다.
• 새로운 물질이 힉스와 Yukawa 상호작용을 포함할 경우, 자기상호작용 계수 실행에 기여하는 양의 기여가 증가하여 상한이 400 GeV로 증가한다.
• 하한은 LEP-II 배제 한계와 일치하며, 이는 약간의 음수 λ(m_s)를 가진 모형에서 115 GeV의 힉스 질량이 수용 가능함을 시사한다.
• 상한은 새로운 물질 부문의 토프 유사 양자수렴군 상호작용 계수의 경계 값에 민감하게 의존하며, 더 큰 상호작용 계수는 더 높은 힉스 질량을 유도한다.
• 새로운 페르미온이 매우 무거우거나 새로운 Yukawa 상호작용에 캐스텔리 대칭이 적용될 경우, 정밀 전자약력 측정 데이터와의 일치는 유지된다.