[논문 리뷰] Probing Higgs couplings to diphoton and Z-photon from Higgs$+$photon production at a Higgs factory

Song Hu, Ning Liu외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 제약된 MSSM 내에서 힉스 공장에서 $e^+e^- \to h\gamma$를 조사하며, 경량 스토우에 의해 증폭되는 고리에 의한 $h\gamma\gamma$ 및 $hZ\gamma$ 결합이 $\sqrt{s} = 240$ ($350$) GeV에서 표준모형 예측값의 최대 1.47 (1.38) 배까지 횡단단면을 증가시킬 수 있음을 보여주며, 고광도 데이터를 통한 비정상적인 힉스 결합의 민감한 검증이 가능하다.

ABSTRACT

Considering the constraints from the flavor physics, precision electroweak measurements, Higgs data and dark matter detections, we scan over the parameter space of the MSSM and calculate the cross section of $e^+e^- o h \gamma$ in the allowed parameter space. Since the loop-induced gauge couplings $h\gamma\gamma$ and $hZ\gamma$ can simultaneously contribute to the process $e^+e^- o h \gamma$, we find the cross section can be sizably enhanced by a light stau, maximally 1.47(1.38) times larger than the SM prediction at $\sqrt{s}=240(350)$ GeV. So with the high luminosity, the measurement of $e^+e^- o h \gamma$ may be used to test the anomalous gauge couplings $h\gamma\gamma$ and $hZ\gamma$ in the MSSM at a Higgs Factory.

연구 동기 및 목표

• 미래의 힉스 공장에서 MSSM 내에서 비정상적인 힉스 결합 $h\gamma\gamma$ 및 $hZ\gamma$를 탐지할 수 있는 가능성을 탐색하기 위해.
• 플레버 물리학, 전자약력 정밀도 데이터, 힉스 측정치 및 암흑물질 탐색에서의 제약 조건 하에서, 루프에 의한 결합이 $e^+e^- \to h\gamma$ 횡단단면에 끼치는 영향을 평가하기 위해.
• 표준모형 예측을 초월해 $e^+e^- \to h\gamma$ 횡단단면이 크게 증가하는 MSSM 매개변수 공간의 영역을 규명하기 위해.

제안 방법

• 플레버 물리학, 정밀 전자약력 측정치, 힉스 데이터 및 암흑물질 탐지 한계에서의 제약 조건을 통합한 MSSM 매개변수 공간에 대한 전반적인 스캔을 수행하였다.
• 허용된 MSSM 매개변수 공간 내에서 $e^+e^- \to h\gamma$의 횡단단면을 계산하였으며, 주로 $h\gamma\gamma$ 및 $hZ\gamma$ 결합에 의한 고리 기여에 중점을 두었다.
• 전하를 가진 힉스노신 및 루프톤을 포함한 일중 기여를 고려하였으며, 힉스 보손과의 강한 결합으로 인해 스토우 영역에 특히 중점을 두었다.
• 미래의 힉스 공장 운영에 적합한 중심질량 에너지 $\sqrt{s} = 240$ GeV 및 $350$ GeV에서 분석을 수행하였다.
• 신물리 기여로 인한 편차를 정량화하기 위해 결과를 표준모형 예측과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 힌스 공장에서의 $e^+e^- \to h\gamma$ 과정이 MSSM 내에서 비정상적인 $h\gamma\gamma$ 및 $hZ\gamma$ 결합을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 특히 경량 스토우에 의해 유도되는 고리 기여로 인해 MSSM 내에서 $e^+e^- \to h\gamma$ 횡단단면의 증가율은 어느 정도가 되는가?
• RQ3 현재 실험 제약 조건 하에서 $e^+e^- \to h\gamma$ 횡단단면이 표준모형 예측에서 최대 얼마나 벗어날 수 있는가?
• RQ4 MSSM 매개변수 공간의 어느 영역에서 $e^+e^- \to h\gamma$ 횡단단면이 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상에 가장 민감한가?

주요 결과

• $e^+e^- \to h\gamma$ 횡단단면은 $\sqrt{s} = 240$ GeV에서 $h\gamma\gamma$ 및 $hZ\gamma$ 결합에 의한 고리 기여로 인해 표준모형 예측값의 최대 1.47배까지 증가할 수 있다.
• $\sqrt{s} = 350$ GeV에서 최대 증가율은 표준모형 값의 1.38배에 이르며, 이는 새로운 물리 효과에 대한 높은 민감도를 나타낸다.
• 가장 큰 증가율은 힉스 보손과의 강한 결합으로 인해 고리 기여에 기여하는 경량 스토우에서 기인한다.
• 이 증가율은 플레버 물리학, 전자약력 정밀도 관측치, 힉스 데이터 및 암흑물질 탐색에서의 현재 제약 조건과 일치하는 MSSM 매개변수 공간에서 가장 두드러지게 나타난다.