[논문 리뷰] Higgs masses and couplings in the NMSSM

Ulrich Ellwanger, C. Hugonie|ArXiv.org|2000. 06. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 두 번째로 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량에 대한 상한을 도출한다. 이는 NMSSM에서 주로 기여하는 이중 고차 양자 보정을 포함하며, 가벼운 힉스 보손의 결합 강도 R < 1/2일 경우, 강한 결합을 가진 힉스 보손(R > 1/2)의 질량이 최대 190 GeV까지 올라갈 수 있음을 보여준다. 이는 133.5 GeV 이하에서 더 가벼운 힉스 보손이 배제될 경우, LEP와 테바트론의 병합 탐색을 통해 NMSSM 매개변수 공간을 완전히 커버할 수 있음을 의미한다.

ABSTRACT

We give the upper bounds on the masses of the lightest and second lightest CP even Higgs bosons in the NMSSM, the MSSM extended by a gauge singlet. The dominant two loop corrections are included. Since the coupling R of the lightest Higgs scalar to gauge bosons can be small, we study in detail the relation between masses and couplings of both lightest scalars. We present upper bounds on the mass of a 'strongly' coupled Higgs (R&gt;1/2) as a function of lower experimental limits on the mass of a 'weakly' coupled Higgs (R&lt;1/2). With the help of these results, the whole parameter space of the model can be covered.

연구 동기 및 목표

• NMSSM에서 가벼운 두 번째 CP-짝성 힉스 보손의 질량에 대한 상한을 도출하며, 주요 이중 고차 양자 보정을 포함한다.
• 특히 가벼운 힉스 보손의 결합 강도가 억제된 경우(R < 1/2)에 힉스 결합 강도(R)와 질량 간의 상호작용을 분석한다.
• 약한 결합을 가진 힉스 보손에 대한 실험적 하한과 강한 결합을 가진 힉스 보손에 대한 상한을 활용하여 전체 NMSSM 매개변수 공간을 커버할 수 있는 프레임워크를 제공한다.
• LHC 및 테바트론에서의 실험적 탐색을 안내하기 위해, 두 번째로 가벼운 힉스 보손의 질량에 대한 제약 조건을 그의 결합 강도 함수로 유도한다.

제안 방법

• 톱 쿼크와 스토퍼 고리에서 기인하는 주요 로그 보정을 포함하여, 두 번째 고차 수준까지의 효과적 포텐셜을 계산한다.
• 주요 이중 고차 보정은 효과적 포텐셜 전개를 통해 평가되며, hₜ⁴ 및 hₜ⁶ 비례 항에 중점을 두고 주요 로그 보정을 재수렴한다.
• 물리적 질량과 결합 강도를 정확히 연결하기 위해, 파동함수 정규화 및 힉스-톱 요카와 상수 보정을 포함한다.
• 나무 차수 관계와 반사 보정을 조합하여 힉스 질량 상한을 유도하며, M_susy ≤ 1 TeV을 가정한다.
• 약한 결합 힉스(R₁ < 1/2)에 대한 제약 조건을 강한 결합 힉스(R₂ > 1/2)로 매핑하기 위해 R₁ = 1 − R₂ 관계를 사용한다.
• 수치 결과는 고정된 m₁에 대해 m₂의 질량-결합 강도 그래프(fig. 3)로 제시되며, R₂ 함수로 m₂의 상한을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가장 가벼운 힉스 보손이 억제된 경우(R₁ < 1/2), 두 번째로 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량이 강한 결합(R₂ > 1/2)을 가질 수 있는 최대 질량는 얼마인가?
• RQ2 NMSSM에서 이중 고차 보정은 MSSM에 비해 가장 가벼운 힉스 보손의 질량 상한에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전체 NMSSM 매개변수 공간을 배제하기 위해, 약한 결합 힉스(R₁ < 1/2)에 대한 실험적 하한 질량은 얼마여야 하는가?
• RQ4 가장 가벼운 힉스 보손이 R ≈ 1/2이고 질량이 약 133.5 GeV일 경우가 배제된다면, LEP와 테바트론 데이터만으로도 NMSSM의 전체 매개변수 공간을 탐색할 수 있는가?
• RQ5 가장 가벼운 힉스 보손이 거의 보이지 않는 경우(R₁ → 0)에 두 번째로 가벼운 힉스 보손의 최대 질량는 얼마인가?

주요 결과

• 두 번째로 가벼운 CP-짝성 힉스 보손(m₂)의 질량 상한은 R₂가 약 0.5일 경우, 가장 가벼운 힉스 보손(m₁)이 133.5 GeV 이하에서 배제될 경우 최대 190 GeV까지 도달할 수 있다.
• R₂ → 1(즉, R₁ → 0)일 경우, m₂의 상한은 약 133.5 GeV로, 가장 가벼운 힉스 보손의 표준 상한에 수렴한다.
• m₂의 상한은 오직 m₁ → 0일 경우에만 포화되며, 이는 R₁ < 1/2인 가장 가벼운 힉스 보손에 대한 강력한 실험적 제약 조건이 필요하다는 것을 의미한다.
• 전체 NMSSM 매개변수 공간을 테스트하기 위해서는 R₁ ≈ 1/2이고 질량 m₁ ≈ 133.5 GeV인 힉스 보손이 배제되어야 한다.
• 현재 LEP II에서 R₁ < 1/2에 대해 관측된 m₁의 하한은 R₂ ≈ 0.5일 경우 m₂에 대해 약 160 GeV의 상한을 유도한다.
• NMSSM를 완전히 탐색하기 위해서는, 테바트론에서 30 fb⁻¹의 루미너스티를 가정할 경우, 1/3 < R < 1이고 질량이 135 GeV 이하인 힉스 보손을 배제해야 한다.