[논문 리뷰] Higgs Boson Yukawa Form Factors from Supersymmetric Radiative Fermion Masses

Arun M. Thalapillil, Scott Thomas|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 43인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 페르미온 질량이 소프트 초대칭 위반 항을 통해 반사적으로 발생하는 초대칭 모델을 조사하며, 이로 인해 힉스-페르미온 요쿠와 형상인자가 수정되고 비정상 자기모멘트가 증폭된다. 주요 결과로는 이러한 모델이 힉스 결합에서 O(1) 수준의 변화를 유도하고, 큰 tanβ에 의존하지 않으면서도 뮤온의 비정상 자기모멘트에 상당한 양의 기여를 할 수 있으며, 이는 3σ의 불일치를 설명할 수 있다. 이는 LHC와 ILC에서 검증 가능하다.

ABSTRACT

The recent discovery of the Higgs-like resonance at $125\, m{GeV}$ has opened up new avenues in the search for beyond standard model physics. Hints of such extensions could manifest themselves as modifications in the Higgs-fermion couplings and other Higgs related observables. In this work, we study aspects of a class of models where the light fermion masses are radiatively generated. Specifically, we consider models where the light fermion masses, partially or completely, arise from chiral violation in the soft supersymmetry-breaking sector. In these models, the radiatively generated Higgs-fermion Yukawa form factors have non-trivial characteristics and will modify Higgs-fermion couplings from their standard model expectations. A radiatively generated fermion mass could also potentially contribute to large anomalous magnetic moments; this is particularly interesting in the case of the muon where a persistent discrepancy, at the level of around $3\,σ$, has existed between experiment and theory. Deviations in the Higgs-fermion couplings will eventually be probed to high accuracy in the near future, at the LHC and the planned ILC, to less than a percent. The prospect of a large, unknown contribution to the muon anomalous magnetic moment could be reaffirmed as well, in future experiments. All these reasons make it worthwhile to revisit models of radiatively generated fermion masses, and investigate some of their general characteristics in these contexts.

연구 동기 및 목표

• 소프트-요쿠와 초대칭 모델에서 반사적으로 생성된 페르미온 질량이 비정상적인 요쿠와 형상인자를 통해 힉스-페르미온 결합을 어떻게 수정하는지 조사하기 위해.
• 이러한 모델이 오랫동안 지속된 뮤온 비정상 자기모멘트의 3σ 불일치를 설명할 잠재력을 평가하기 위해.
• 첫 번째 및 두 번째 세대 페르미온 질량을 생성하면서 진공 안정성을 유지할 수 있는 모델의 타당성을 평가하기 위해.
• 향후 콘서버가 예측된 힉스 결합 편차와 비정상 자기모멘트를 어떻게 탐지할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 차원 6 연산자를 사용하여 표준모형에서의 편차를 매개변수화하며, 특히 $ H^\nu H \bar{f} H f $ 및 $ \bar{f} D^2 H f $ 를 포함한 힉스-페르미온 요쿠와 형상인자 연산자를 사용한다.
• 치르랄 대칭과 U(1)_R 대칭이 소프트 항에 의해 위반되는 소프트-요쿠와 모델 프레임워크 내에서 반사적으로 생성된 페르미온 질량과 차원 6 연산자의 계수를 유도한다.
• 스파articles와 소프트-브레이킹 항을 포함한 루프 다이어그램에서 유도된 형상인자를 평가하여 힉스-페르미온 결합 수정을 계산한다.
• 전자기 딸림 연산자를 통해 페르미온의 비정상 자기모멘트 기여를 분석하며, 특히 뮤온에 중점을 둔다.
• 기존의 뮤온과 탑 쿼크 자기모멘트 실험 제약 조건을 사용하여 모델의 매개변수 공간을 제약한다.
• 큰 삼중 항 소프트 항으로 인한 색 또는 전하 파괴의 가능성을 평가하여 진공 안정성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트-요쿠와 모델에서 표준모형에 비해 힉스-페르미온 요쿠와 결합은 어느 정도 수정될 수 있는가?
• RQ2 이러한 모델에서 반사적으로 생성된 페르미온 질량이 뮤온 비정상 자기모멘트에 상당한 기여를 할 수 있는가?
• RQ3 소프트-요쿠와 모델에서 뮤온 비정상 자기모멘트의 기여가 MSSM과 비교해 보면 tanβ 의존성 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ4 뮤온 질량이 순수하게 반사적으로 생성되면서도 진공 안정성을 유지할 수 있는 매개변수 공간의 타당한 영역이 존재하는가?
• RQ5 예측된 힉스 결합의 편차는 LHC와 ILC와 같은 향후 콘서버 실험으로 탐지될 수 있는가?

주요 결과

• 소프트-요쿠와 모델에서 힉스-페르미온 요쿠와 형상인자는 조건이 좋은 스파르티클 질량 조건에서도 표준모형과 비교해 O(1) 정도의 편차를 보이며, 향후 콘서버에서 탐지 가능하다.
• 뮤온 비정상 자기모멘트에 대한 기여는 양이며 상당히 크며, 현재 실험적 불일치의 2σ 이내에 해당하며, 주로 tanβ에 의존하지 않는다.
• 비정상 자기모멘트의 기여는 페르미온 질량과 같은 루프 순서에서 발생하므로, 일반적인 트리 레벨 요쿠와 모델에서의 루프 억제를 피하여 더 큰 기여를 유도한다.
• 특정 타당한 매개변수 공간 영역에서 모델은 뮤온과 바텀 쿼크 질량을 순수하게 반사적 과정을 통해 생성할 수 있으며, 이 경우 진공은 준안정하다.
• 탑 쿼크 자기모멘트 및 크로모-자기모멘트 제약 조건은 모델과 일치하며, 탑 자기모멘트에 대한 제약은 $ \mu_t^{\text{MDM}} < 1.73 \times 10^{-3}\,\text{GeV}^{-1} $ 이다.
• 모델은 ILC에서 힉스-페르미온 결합을 백분율 수준의 정밀도로 탐지할 수 있다고 예측하며, 이는 실험적 검증의 주요 대상이 된다.