[논문 리뷰] FeynHiggsFast: a program for a fast calculation of masses and mixing angles in the Higgs Sector of the MSSM

S. Heinemeyer, W. Hollik외 1명|ArXiv.org|2000. 02. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 29

한 줄 요약

FeynHiggsFast는 MSSM에서 두 루프 차수까지의 중성 CP-짝성 힉스 보손의 질량과 혼합 각도를 압축된 해석적 근사법을 사용하여 매우 최적화된 포트란 프로그램이다. 전체 도형 계산에 비해 3×10⁴배 빠른 성능을 보이며, 대부분의 MSSM 매개변수 공간에서 2 GeV 이내의 정확도를 유지하여, 충돌기 현상물리학에서 빠르고 정밀한 힉스 섹터 연구를 가능하게 한다.

ABSTRACT

FeynHiggsFast is a Fortran code for the calculation of the masses and the mixing angle of the neutral CP-even Higgs bosons in the MSSM up to two-loop order. It is based on a compact analytical approximation formula of the complete diagrammatic one-loop and the dominant two-loop contributions. At the one-loop level a leading logarithmic result is used, taking into account all sectors of the MSSM. At the two-loop level at O(alpha alpha_s) the leading logarithmic and non-logarithmic contributions are taken into account. The approximation formula is valid for arbitrary choices of the parameters in the Higgs sector of the model. Comparing its quality to the full diagrammatic result, we find agreement better than 2 GeV for most parts of the MSSM parameter space.

연구 동기 및 목표

• MSSM 힉스 섹터에서 힉스 보손의 질량과 혼합 각도를 빠르고 정확하게 계산할 수 있는 도구를 개발하기 위해.
• 정밀한 힉스 물리학에서 계산 비용을 줄이되 정확도를 훼손하지 않기 위해.
• LHC 및 향후 충돌기 연구를 위한 더 큰 현상물리학 코드에 효율적으로 통합될 수 있도록 하기 위해.
• CP-짝성 힉스 섹터의 두 루프 보정, 특히 주요 ααs 및 보조적인 G_F²m_t⁶ 기여를 신뢰할 수 있는 근사로 제공하기 위해.

제안 방법

• 프로그램은 전체 일 루프 및 주요 두 루프 피아노 도형 결과에서 유도된 압축된 해석적 근사 공식을 사용한다.
• 일 루프 수준에서는 MSSM의 모든 섹터를 포함한 주로 대수적 로그 근사법을 적용한다.
• 두 루프 수준에서는 재규격화 그룹 방법을 통해 주요 O(ααs) 기여와 보조적인 O(G_F²m_t⁶) 항을 포함한다.
• 자기에너지의 외부 운동량 의존성을 무시하여 질량 행렬의 대각화를 단순화한다.
• 수정된 힉스 질량 행렬을 대각화하여 효과적 혼합 각도 α_eff를 계산한다.
• 사용자 수정이 가능한 프론트엔드와 고정된 최적화 서브루틴으로 구성되어 있어 다른 프로그램에의 통합에 적합하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압축된 해석적 근사는 전체 두 루프 MSSM 힉스 질량과 혼합 각도 계산을 얼마나 정확하게 재현할 수 있는가?
• RQ2 MSSM 매개변수 공간 전반에서 해석적 근사와 전체 도형 결과 간의 최대 편차는 얼마인가?
• RQ3 MSSM 힉스 섹터에서 전체 도형 계산을 단순화된 해석적 공식으로 대체함으로써 얼마나 많은 속도 향상을 기대할 수 있는가?
• RQ4 어느 영역에서 근사가 붕괴되거나 더 큰 편차를 보이는가?
• RQ5 이 근사는 충돌기 물리학을 위한 더 큰 현상물리학 코드에서 서브루틴으로 신뢰성 있게 사용될 수 있는가?

주요 결과

• FeynHiggsFast의 해석적 근사는 대부분의 MSSM 매개변수 공간에서 전체 도형 결과와 2 GeV 이내의 편차로 재현한다.
• 프로그램은 전체 도형 코드인 FeynHiggs에 비해 약 3×10⁴배의 속도 향상을 달성한다.
• 효과적 혼합 각도 α_eff의 상대적 편차는 MA가 100–150 GeV 사이이면서 tanβ가 큰 좁은 영역을 제외하고는 항상 3% 이내로 유지된다. 이 영역에서는 작은 자기에너지 변화에 대한 민감도가 증가한다.
• 질량이 유사한 h/H 영역 근처에서도 근사가 잘 작동하며, 이는 작은 자기에너지 변화가 더 큰 각도 이동을 유도하기 때문이다.
• 코드는 고정밀 힉스 현상물리학, 특히 LHC 및 향후 선형 충돌기 연구에 사용하기에 안정적이고 정확하다.
• 모듈러 프론트엔드 설계 덕분에 HDECAY와 같은 다른 코드에 원활하게 통합될 수 있다.