[논문 리뷰] Higgs boson decays in the Complex MSSM

Karina Williams, G. Weiglein|ArXiv.org|2007. 10. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 복소 MSSM에서의 힉스 계단형 붕괴 $ h_2 \to h_1 h_1 $에 대한 완전한 1-loop 정점 보정을 제시하며, FeynHiggs로부터의 2-loop 전파자 보정과 조합한다. 개선된 이론적 예측은 이전에 배제되지 않은 저에너지 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ 및 중간 정도의 $ \tan\beta $ 영역을 확인하며, 정점 보정이 이전에 과소평가되었던 배제되지 않은 매개변수 공간의 크기와 형태를 상당히 변화시킴을 보여준다.

ABSTRACT

The analysis of the Higgs search results at LEP showed that a part of the MSSM parameter space with non-zero complex phases could not be excluded, where the lightest neutral Higgs boson, h_1, has a mass of only about 45 GeV and the second lightest neutral Higgs boson, h_2, has a sizable branching fraction into a pair of h_1 states. Full one-loop results for the Higgs cascade decay h_2 --> h_1 h_1 are presented and combined with two-loop Higgs propagator corrections taken from the program FeynHiggs. Using the improved theoretical prediction to analyse the limits on topological cross sections obtained at LEP, the existence of an unexcluded region at low Higgs mass is confirmed. The effect of the genuine vertex corrections on the size and shape of this region is discussed.

연구 동기 및 목표

• 비영제 CP-비대칭 위상을 가진 복소 MSSM에서의 힉스 계단형 붕괴 $ h_2 \to h_1 h_1 $에 대한 완전한 1-loop 정점 보정을 계산하기 위해.
• 전파자 보정 외에 진정한 정점 보정을 포함시켜 $ h_2 \to h_1 h_1 $ 붕괴 폭에 대한 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• 업데이트된 이론적 예측을 사용하여 CPX 벤치마크 시나리오에서 LEP 배제 한계를 재분석하기 위해.
• 저에너지 $ M_{h_1} $에서의 배제되지 않은 매개변수 영역의 크기와 형태에 대한 정점 보정의 영향을 평가하기 위해.
• 완전한 1-loop 결과가 양성자-스페이서 또는 쿼크/스페이저만 포함된 정점 기여와 같은 근사치에 비해 얼마나 중요한지 검증하기 위해.

제안 방법

• 모든 MSSM 섹터와 복소 위상을 포함한 피카르드-도표적 접근법을 사용하여 $ h_a \to h_b h_c $ 정점 보정의 완전한 1-loop 계산을 수행하였다.
• 계산은 FeynArts와 FormCalc를 사용하여 구현되었으며, 결과는 FeynHiggs 프로그램으로부터의 2-loop 자기에너지 보정과 조합되었다.
• 파동함수 정규화(제-인자)는 $ \overline{\text{DR}} $ 체계를 사용하였으며, 고차항 기여는 일관성을 위해 FeynHiggs로부터 가져왔다.
• 95% 신뢰수준에서 채널별 감도 분석을 통해 이론적 예측을 LEP의 토폴로지적 획득 단면적 한계와 비교하였다.
• 업데이트된 매개변수를 포함한 $ m_t = 170.9\,\text{GeV} $를 포함한 CPX 벤치마크 시나리오를 사용하였으며, $ \tan\beta $와 $ M_{H^\pm} $를 변화시켰다.
• 완전한 정점 보정의 영향을 분리하기 위해 양성자 근사 및 쿼크/스페이저만 포함된 정점 기여와 같은 근사치를 비교 목적으로 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 완전한 1-loop 정점 보정은 복소 MSSM에서 붕괴 폭 $ \Gamma(h_2 \to h_1 h_1) $에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 이 정점 보정은 저에너지 $ M_{h_1} $에서의 배제되지 않은 매개변수 영역의 크기와 형태에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 완전한 정점 보정을 포함함으로써 CPX 시나리오에서 LEP 배제 한계의 해석은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 다양한 이론적 근사치(예: 양성자 근사)는 완전한 1-loop 결과에 비해 배제되지 않은 영역을 예측할 때 어떻게 다른가?
• RQ5 최종 입력값인 톰 쿼크 질량이 배제되지 않은 영역의 크기에 얼마나 영향을 미치는가?

주요 결과

• 완전한 1-loop 정점 보정을 포함함으로써, 특히 저에너지 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ 영역에서 예측된 붕괴 폭 $ \Gamma(h_2 \to h_1 h_1) $가 상당히 변화함을 확인하였다.
• 개선된 이론적 예측을 사용하여 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ 및 중간 정도의 $ \tan\beta $에서의 배제되지 않은 영역이 확인되었으며, 이는 이전 LEP 힉스 분석 결과와 일관성이 있었다.
• 배제되지 않은 영역의 형태와 크기는 완전한 정점 보정의 포함 여부에 매우 민감하며, 양성자 근사와 같은 근사치는 상당히 다름과 더불어 덜 정확한 영역을 도출한다.
• $ h_2 \to h_1 h_1 $가 붕괴 폭을 지배하는 영역이 배제되지 않은 영역과 겹치며, 배제 한계에 대한 정밀한 정점 보정의 중요성을 강조한다.
• 업데이트된 값($ m_t = 170.9\,\text{GeV} $) 대비 더 높은 톰 쿼크 질량($ m_t = 174.3\,\text{GeV} $)을 사용할 경우 배제되지 않은 영역의 크기가 증가함을 확인하여, 입력 매개변수에 민감함을 보였다.
• 파동함수 정규화 및 FeynHiggs로부터의 고차항 보정은 정상 상태 S-행렬 원소의 정확한 계산과 실험 한계와의 일관성 있는 비교에 필수적이다.