[논문 리뷰] R-Parity Violation and Supersymmetric Higgs Masses

A. V. Gladyshev, R. S. Parpalak|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 뉴트리노 요카다 상수를 포함한 R-대칭 보존이 없는 초대칭 모형을 조사하며, R-대칭 보존이 없는 항 $ \lambda_i\bar{\nu}_i H_u H_d$가 힉스 포텐셜에 F-항을 기여시켜 가장 가벼운 중성 힉스 보손의 나무계급 질량을 증가시킨다는 것을 보여준다. 이로 인해 가장 가벼운 힉스 보손 질량의 상한선이 상승하여 LEP의 제약 조건이 완화되며, 작은 $ \tan\beta$ 값에서 이전에 LEP에 의해 배제되었던 매개변수 공간이 약간 재개된다. 이 효과는 NMSSM와 유사하지만, 뉴트리노 섹터의 R-대칭 보존이 없는 위상에서 기인한다.

ABSTRACT

We consider the supersymmetric extension of the Standard Model with neutrino Yukawa interactions and R-parity violation. We found that R-parity breaking term λνH_u H_d leads to an additional F-type contribution to the Higgs scalar potential, and thus to the masses of supersymmetric Higgs bosons. The most interesting consequence is the modification of the tree-level expression for the lightest neutral supersymmetric Higgs boson mass. It appears that due to this contribution the bound on the lightest Higgs mass may be shifted upwards, thus slightly opening the part of the model parameter space excluded by non-observation of the light Higgs boson at LEP in the framework of the Minimal Supersymmetric Standard Model.

연구 동기 및 목표

• R-대칭 보존이 없는 뉴트리노 요카다 상호작용이 초대칭 모형의 힉스 섹터에 미치는 영향을 조사하는 것.
• R-대칭 보존이 없는 항 $\lambda_i\bar{\nu}_i H_u H_d$가 MSSM의 나무계급 힉스 질량 스펙트럼을 변화시키는지 확인하는 것.
• 이러한 수정이 가장 가벼운 힉스 보손 질량의 상한선을 상승시키며, 이로 인해 LEP에 의해 배제된 매개변수 공간이 재개되는지 평가하는 것.
• 결과로 도출된 힉스 질량 구조를 NMSSM 및 표준 MSSM와 비교하는 것.

제안 방법

• 연구는 MSSM에 R-대칭 보존이 없는 뉴트리노 요카다 상호작용을 초구면 퍼텐셜에 포함시켜 확장한다. 특히 $\lambda_i\bar{\nu}_i H_u H_d$ 항을 포함한다.
• 이 R-대칭 보존이 없는 항으로부터 기인하는 F-항 기여를 유도하고, 스칼라 힉스 포텐셜에 추가함으로써 나무계급 포텐셜의 구조를 수정한다.
• 스칼라 포텐셜을 최소화하고, 두 번째 도함수를 계산하여 물리적 힉스 질량 행렬을 도출한다.
• 수정된 포텐셜을 사용하여 최종 질량 고유상태를 계산하며, $m_{h^0}^2$, $m_{A^0}^2$, $m_{H^\pm}^2$에 대한 명시적 표현을 $\varepsilon$-의존 보정항과 함께 유도한다.
• $\varepsilon = \lambda_i v_u / (\sqrt{2} M_Z)$라는 매개변수를 도입하여 R-대칭 보존이 없는 기여의 강도를 정량화한다.
• 결과를 표준 MSSM 및 NMSSM 질량 한계와 비교하며, 특히 작은 및 큰 $\tan\beta$ 조건에서의 행동에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-대칭 보존이 없는 항 $\lambda_i\bar{\nu}_i H_u H_d$는 MSSM의 나무계급 힉스 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 이 기여로 인해 가장 가벼운 중성 힉스 보손 질량의 상한선이 상승하는가? 만약 그렇다면 어떤 조건에서 그러한 상승이 발생하는가?
• RQ3 이러한 수정이 MSSM 매개변수 공간에 대한 LEP 배제 경계를 얼마나 완화시키는가? 특히 작은 $\tan\beta$ 조건에서의 경우에 대해 평가한다.
• RQ4 결과로 도출된 힉스 질량 스펙트럼은 NMSSM의 질량 스펙트럼과 정량적으로 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• R-대칭 보존이 없는 항 $\lambda_i\bar{\nu}_i H_u H_d$는 힉스 포텐셜에 F-항을 기여시켜 스칼라 포텐셜을 수정하고, 결과적으로 힉스 질량에 영향을 준다.
• 나무계급에서 가장 가벼운 중성 힉스 보손의 질량은 $m_{h^0}^2 = M_Z^2 (\cos^2 2\beta + 2\varepsilon^2 \sin^2 2\beta)$에 의해 상승하며, 여기서 $\varepsilon$는 R-대칭 보존이 없는 기여의 강도를 정량화한다.
• 작은 $\tan\beta$ 조건에서 힉스 질량 상한선의 상승 효과가 뚜렷하며, 이는 이전에 LEP의 114 GeV 제약 조건에 의해 배제되었던 매개변수 공간을 재개시킬 수 있다.
• $\tan\beta > 10$일 경우 보정항은 무시할 수 있을 정도로 작아지며, 힉스 질량 상한선과 배제된 매개변수 공간은 표준 MSSM의 것과 동일해진다.
• 전자기적 힉스 보손 질량은 $\varepsilon^2$ 비례하는 음성 보정을 받으며, $m_{H^\pm}^2 = m_{A^0}^2 + M_W^2 - 2\varepsilon^2 M_Z^2$로 주어진다. 이는 현상학적 결과에 영향을 줄 수 있다.
• 이 모형의 힉스 질량 구조는 NMSSM과 정성적으로 유사하며, 유사한 $\sin^2 2\beta$-강화 보정을 보이지만, 기여의 동역학적 기원은 다름을 확인한다.