[논문 리뷰] Higgs boson bounds in non-minimal supersymmetric standard models

J. R. Espinosa, M. Quirós|1992. 08. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 비최소 초대칭 표준모형(NMSSM)에서 라디에이션 보정과 토프/버텀 쿼크 요크 상수를 포함한 한계 레벨에서의 양자역학적 보정을 고려한 연속체 양자역학 방정식의 수치적 통합을 통해 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량 상한을 계산한다. 양자역학적 보정과 토프/버텀 쿼크 요크 상수를 포함한 한계 레벨에서의 양자역학적 보정을 고려한 연속체 양자역학 방정식의 수치적 통합을 통해 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량 상한을 계산한다. 토프 쿼크 질량이 91 GeV를 초과할 경우, 단일자 기반 NMSSM와 삼중자 기반 NMSSM의 경우 모두 절대적인 상한이 약 140 GeV임을 발견하였다. 이는 추가적인 힉스 섹터와 고에너지 스케일에서의 점성도 제약 조건으로 인해 MSSM의 110 GeV 상한을 초월한다.

ABSTRACT

In the minimal supersymmetric standard model (MSSM), when radiative corrections are included, the mass of the $CP=+1$ lightest Higgs boson is bounded by $\sim 110\ GeV$ for $m_t < 150\ GeV$ and a scale of supersymmetry breaking $\sim\ 1\ TeV$. In non-minimal supersymmetric standard models (NMSSM) upper bounds on the mass of the corresponding scalar Higgs boson arise if the theory is required to remain perturbative up to scales $\gg G_F^{-1/2}$. We have computed those bounds for two illustrative NMSSM: i) A model with an arbitrary number of gauge singlets; ii) A model with three $SU(2)_L$ triplets with $Y=0,\pm 1$. We have integrated numerically the corresponding renormalization group equations (RGE), including the top and bottom quark Yukawa couplings, and added one-loop radiative corrections. For $m_t > 91\ GeV$ the absolute bounds are $\sim 140\ GeV$ for both models.

연구 동기 및 목표

• 최소 초대칭 표준모형(MSSM)의 힉스 보손 질량 상한을 비최소 초대칭 모형으로 확장하기 위해.
• 특히 게이지 싱เก릿 또는 트리플릿을 포함한 추가적인 힉스 섹터가 가장 가벼운 힉스 보손 질량 상한에 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 이론이 페르미 스케일(G_F^{-1/2})보다 훨씬 높은 스케일까지 점성도를 유지하도록 요구하기 위해.
• 한계 레벨에서의 양자역학적 보정과 전체 토프 및 버텀 요크 상수를 포함한 연속체 양자역학 방정식(RGEs)의 수치적 해법을 통해 이러한 상한을 계산하기 위해.

제안 방법

• 게이지 싱게릿이 임의의 수로 존재하는 경우와 SU(2)_L 트리플릿이 하이퍼초전하 Y = 0, ±1을 가지는 경우를 포함한 두 가지 다른 NMSSM 실현 방식에 대해 연속체 양자역학 방정식(RGEs)의 수치적 통합을 수행하였다.
• 특히 토프 및 버텀 쿼크 요크 상수에서 기인하는 힉스 포텐셜의 1-루프 라디에이션 보정을 포함하였다.
• 페르미 스케일(G_F^{-1/2})보다 훨씬 높은 스케일까지 점성도 조건을 적용하여 허용 가능한 매개변수 공간을 제약하였다.
• 톱 쿼크 질량을 핵심 입력값으로 사용하였으며, m_t > 91 GeV 조건에서의 상한을 분석하였다.
• 두 가지 NMSSM 모델 간의 최종 힉스 질량 상한을 비교하여, 다양한 새로운 물리 섹터가 영향을 미치는 정도를 평가하였다.
• 이러한 제약 조건 하에서 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 최대 허용 질량을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 점성도 조건이 고에너지 스케일까지 유지될 경우, 비최소 초대칭 표준모형에서 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량 상한은 얼마인가?
• RQ2 특히 게이지 싱게릿 또는 트리플릿을 포함한 추가적인 힉스 필드는 MSSM과 비교해 힉스 질량 상한에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 톱 쿼크 질량은 이러한 확장된 모형에서 유도된 힉스 질량 상한에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 라디에이션 보정과 토프 및 버텀 쿼크의 요크 상수가 NMSSM에서 힉스 질량 한계에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 동일한 점성도 제약 조건 하에서, 싱게릿 기반 NMSSM과 트리플릿 기반 NMSSM 간의 힉스 질량 상한에 상당한 차이가 존재하는가?

주요 결과

• 싱게릿 기반 NMSSM과 트리플릿 기반 NMSSM 양 모델에서, 토프 쿼크 질량이 91 GeV를 초과할 경우 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 질량의 상한은 약 140 GeV이다.
• 이 상한은 MSSM의 일반적인 110 GeV 상한을 초월하며, NMSSM의 확장된 힉스 섹터가 점성도를 유지하면서 더 무거운 힉스 보손을 수용할 수 있음을 시사한다.
• G_F^{-1/2}보다 훨씬 큰 스케일에서 점성도 조건을 적용하는 것이 이러한 상한을 유도하는 데 핵심적이며, 이는 허용 가능한 매개변수 공간을 제약하기 때문이다.
• 1-루프 라디에이션 보정과 전체 토프 및 버텀 요크 상수의 포함은 힉스 포텐셜 매개변수의 러닝에 상당한 영향을 미치며, 결과적으로 최종 질량 상한에 영향을 준다.
• 다양한 NMSSM 실현 방식에 걸쳐 결과가 강건하며, 동일한 이론적 조건 하에서 약 140 GeV의 보편적인 상한이 존재함을 시사한다.
• 상한은 m_t > 91 GeV일 때 포화되며, 이는 비최소 초대칭 모형에서 최대 달성 가능한 힉스 질량에 영향을 미치는 중요한 임계값임을 나타낸다.