[논문 리뷰] Higgs Decays into Charginos and Neutralinos in the Complex MSSM: A Full One-Loop Analysis

S. Heinemeyer, C. Schappacher|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 57인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 복소 최소 초대칭 표준모형(cMSSM)에서 힉스 보손이 카이너스와 중성미자로 붕괴하는 전반적인 1계 순환 계산을 제시하며, 하드 QED 복사 포함. 1계 순환 보정은 나무계수 폭의 10–20%에 이르며, 위상에 따라 최대 두 배까지 변동 가능하여, 고에너지 물리 실험에서 무거운 힉스 보손과 암흑물질 후보 입자에 대한 정밀 분석을 위해 이러한 보정의 필요성을 강조한다.

ABSTRACT

For the search for additional Higgs bosons in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) as well as for future precision analyses in the Higgs sector a precise knowledge of their decay properties is mandatory. We evaluate all two-body decay modes of the Higgs bosons into charginos and neutralinos in the MSSM with complex parameters (cMSSM). The evaluation is based on a full one-loop calculation of all decay channels, also including hard QED radiation. We restricted ourselves to a version of our renormalization scheme which is valid for |M_1| < |M_2|, |mu| and M_2 != mu to simplify the analysis, even though we are able to switch to other parameter regions. The dependence of the Higgs boson predictions on the relevant cMSSM parameters is analyzed numerically. We find sizable contributions to many partial decay widths. They are roughly of 10% of the tree-level results, but can go up to 20% or higher. The full one-loop contributions are important for the correct interpretation of heavy Higgs boson search results at the LHC and, if kinematically allowed, at a future linear e+e- collider. It is planned to implement the evaluation of the branching ratios of the Higgs bosons into the Fortran code FeynHiggs, together with an automated choice of the renormalization scheme valid for the full cMSSM parameter space.

연구 동기 및 목표

• 복소 MSSM(cMSSM)에서 카이너스 및 중성미자로의 두 입자 붕괴에 대한 완전한 1계 순환 평가를 제공하는 것.
• 양자 보정, 특히 하드 QED 복사 포함하여 부분 붕괴 폭과 분포율에 미치는 영향를 평가하는 것.
• 붕괴 폭이 주요 cMSSM 매개변수, 특히 복소 위상에 어떻게 의존하는지 분석하는 것.
• LHC 및 향후 $e^+e^-$ 충돌기에서의 무거운 힉스 보손 탐색 결과를 정밀하게 해석할 수 있도록 하는 것.
• 전체 cMSSM 매개변수 공간에서 자동으로 보정 체계를 선택할 수 있도록 FeynHiggs 코드에 통합하기 위한 준비를 하는 것.

제안 방법

• cMSSM에서 힉스 보손의 모든 두 입자 붕괴 모드에 대해 전반적인 1계 순환 계산을 수행한다.
• 고에너지 및 적외선 발산을 다루기 위해 하드 QED 복사를 포함한다.
• |M_1| < |M_2|, |μ| 및 M_2 \neq \mu 영역에 대해 특정 보정 체계를 채택하며, 다른 영역로의 확장을 고려할 수 있도록 한다.
• 수치 분석은 주로 무거운 힉스 보손에 집중하며, 암흑물질 연구를 위해 $h_1 \to \tilde{\chi}_1^0\tilde{\chi}_1^0$에 특별한 주의를 기울인다.
• 이전 연구와의 계산 설정을 일치시킨 후 기존 문헌과의 일치를 검증한다.
• 전체 cMSSM 매개변수 공간에서 자동 보정 체계 선택이 가능한 방식으로 FeynHiggs 코드에 통합하기 위한 프레임워크를 설계한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 cMSSM에서 카이너스 및 중성미자로 붕괴하는 힉스 보손의 1계 순환 보정의 크기와 구조는 어떠한가?
• RQ2 특히 $\varphi_{M_1}$에 해당하는 부드러운 파괴 매개변수의 복소 위상은 부분 붕괴 폭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 QED 보정과 보정 체계 선택이 붕괴 폭 예측에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 크기와 매개변수 의존성 측면에서 1계 순환 보정은 나무계수 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 전반적인 1계 순환 보정은 LHC 및 ILC 실험에서 붕괴 분포율의 해석을 상당히 변화시킬 수 있는가?

주요 결과

• 카이너스 및 중성미자로 붕괴하는 힉스 보손의 1계 순환 보정은 일반적으로 나무계수 값의 약 10%이며, 일부 채널에선 20% 이상에 이르기도 한다.
• 보정은 복소 위상 $\varphi_{M_1}$에 강하게 의존하며, 위상 범위 전반에서 약 두 배 정도 변동된다.
• $h_1 \to \tilde{\chi}_1^0\tilde{\chi}_1^0$ 붕괴는 유사한 크기의 중요한 1계 순환 보정을 받으며, 암흑물질 연구에 있어 핵심적이다.
• $H^+ \to \tilde{\chi}_1^+ \tilde{\chi}_1^0$ 및 $H^- \to \tilde{\chi}_1^- \tilde{\chi}_1^0$ 간의 비대칭성은 몇 퍼센트 수준으로 매우 작다.
• 전반적인 1계 순환 보정은 나무계수 폭이 작거나 운동역학적으로 민감한 경우 정확한 분포율 예측을 위해 필수적이다.
• 결과는 전체 cMSSM 매개변수 공간에서 자동 보정 체계 선택이 가능한 방식으로 FeynHiggs 코드에 통합될 예정이다.