[논문 리뷰] Higher Order Corrections to the Trilinear Higgs Self-Couplings in the Real NMSSM

Dao Thi Nhung, Margarete Mühlleitner외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 69인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 실수의 다음 최소 초대칭 표준모형(NMSSM)에서 삼중 힉스 자기결합을 한 루프 계산하여 피네만 다이어그램적 접근법을 사용한다. 이는 루프 보정이 글루온 융합을 통한 힉스 쌍 생성과 힉스-힉스 붕괴 너비에 중대한 영향을 미친다는 것을 보여주며, LHC 데이터의 정확한 해석과 NMSSM와 표준모형을 구별하는 데 필수적임을 입증한다.

ABSTRACT

After the discovery of a Higgs-like boson by the LHC experiments ATLAS and CMS, it is of crucial importance to determine its properties in order to not only identify it as the boson responsible for electroweak symmetry breaking but also to clarify the question if it is a Standard Model (SM) Higgs boson or the Higgs particle of some extension beyond the SM as {\it e.g.} supersymmetry. In this context, the precise prediction of the Higgs parameters as masses and couplings play a crucial role for the proper distinction between different models. In extension of previous works on the loop-corrected Higgs boson masses of the Next-to-Minimal Supersymmetric Extension of the SM (NMSSM), we present here the calculation of the loop-corrected trilinear NMSSM Higgs self-couplings. The loop corrections turn out to have a substantial impact on the decay widths of Higgs-to-Higgs decays and on the production cross section of Higgs pairs via gluon fusion. They are therefore indispensable for the correct interpretation of the experimental Higgs results.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 확장하는 모델을 위해 표준모형 수준을 초월한 힉스 결합 예측의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 표준모형과 초대칭 확장인 NMSSM를 구별하기 위해 힉스 자기결합의 고차항 보정이 필요한 이유를 다루기 위해.
• 이전의 질량 보정 작업을 바탕으로 하여 NMSSM에서 삼중 힉스 자기결합의 완전한 한 루프 계산을 제공하기 위해.
• 양자 보정을 포함시켜 LHC에서의 힉스 쌍 생성 및 붕괴에 대한 데이터를 정확하게 해석할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 실수의 NMSSM에서 삼중 힉스 자기결합의 한 루프 보정을 계산하기 위해 피네만 다이어그램적 접근법을 사용한다.
• NMSSM 힉스 섹터에 속하는 모든 관련 입자, 즉 두 개의 복소 힉스 이중체와 한 개의 복소 싱귤레이터 필드의 기여를 포함한다.
• 삼중 결합은 상호작용 기저 기저에서 유도되고, 혼합 행렬식을 사용하여 물리적 질량 기저 기저로 변환된다.
• CP-짝성, CP-기본, 그리고 양성 힉스 보손을 포함한 모든 인덱스에서 대칭적인 결합을 포함하여 전체 삼중 결합을 계산한다.
• 결과는 표준모형 매개변수, NMSSM 매개변수(λ, κ, μ_eff) 및 혼합 각도(β, tanβ)로 표현된다.
• 계산은 이전의 한 루프 질량 보정과 일관된 $ar{\mathrm{DR}}$ 재규격화 체계에서 수행된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실수의 NMSSM에서 한 루프 양자 보정은 삼중 힉스 자기결합에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 루프 보정은 NMSSM에서 글루온 융합을 통한 힉스 쌍 생성 횡단분포에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 루프 보정은 NMSSM에서 힉스 보손이 힉스 쌍으로 붕괴하는 붕괴 너널에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 싱귤레이터 필드와 그 결합(λ, κ)은 한 루프 수준에서 삼중 힉스 자기결합을 어떻게 수정하는가?
• RQ5 루프 보정된 결합은 LHC 힉스 탐색에서 NMSSM와 표준모형을 어떻게 구별하는 데 영향을 미치는가?

주요 결과

• 삼중 힉스 자기결합의 한 루프 보정은 힉스-힉스 붕괴 너널에 중대한 영향을 미치며, 힉스 보손이 힉스 쌍으로 붕괴하는 분포비율을 변화시킨다.
• 보정은 힉스 쌍의 글루온 융합 생성 횡단분포에 중대한 영향을 미치며, 정확한 LHC 신호 강도 예측에 필수적이다.
• 표준모형 유사 힉스 보손(h_d)을 포함한 삼중 결합은 힉스 보손, 스탑, 그리고 싱귤레이터 섹터의 기여로 인해 루프 효과로 인해 수정된다.
• λ_{111}^{hhh} = 3c_β M_Z² / v 는 λ²v 및 μ_eff 항을 포함한 루프 기여로 보정되며, 이는 효과적인 힉스 자기상호작용 강도를 변화시킨다.
• λ_{333}^{hhh} = √2 κ (6κμ_eff/λ + √2 A_κ) 는 특히 큰 κ 및 μ_eff 조건에서 중대한 루프 보정을 받는다.
• 결과는 이러한 루프 보정을 간과할 경우, 특히 가벼운 힉스 상태나 강화된 힉스 자기결합을 가진 모델에서 힉스 현상물리학에 대한 신뢰할 수 없는 예측이 도출된다는 것을 보여준다.