[논문 리뷰] Raising the Higgs Mass in Supersymmetric Models

A. Delgado|ArXiv.org|2004. 09. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 MSSM 및 NMSSM의 한계를 초월하여 미세조정을 피하면서 트리 레벨 힉스 보손 질량을 높일 수 있는 두 가지 메커니즘을 제안한다. 첫 번째 메커니즘은 MSSM의 점근적으로 자유로운 게이지 확장과 무거운 트리플렛을 포함한 D-항을 사용하며, 두 번째 메커니즘은 수정된 NMSSM에서 강하게 결합된 F-항을 통해 RGE 진화를 강화한다. 두 메커니즘 모두 트리 레벨 힉스 질량을 최대 214 GeV까지 끌어올릴 수 있으며, 이는 LEP II의 기준을 훨씬 초월하고 있으며, 미세조정을 재도입하지 않으면서도 더 가벼운 스퍼티클을 허용한다.

ABSTRACT

The minimal supersymmetric standard model, and extensions, predicts a relatively light higgs particle if one supposes perturbativity until high scales. That fact is in conflict with nowadays data coming from LEPII fruitless searches for the Higgs boson. This bound is sufficient to rule out a big portion of the parameter space of the MSSM. In this letter we propose two mechanism of raising the higgs mass at tree level, thus not needing very heavy sparticles that would reintroduce some fine-tuning in the problem.

연구 동기 및 목표

• MSSM가 예측하는 가벼운 힉스 보손 질량과 LEP II의 하한 기준 114 GeV 사이의 갈등을 해결하기 위해.
• 스퍼파티클이 매우 무거운 것을 요구하지 않고도 트리 레벨에서 힉스 질량을 높임으로써 전자약력 문제의 미세조정 문제를 줄이기 위해.
• MSSM 및 NMSSM를 초월하는 새로운 물리학을 탐색하여, 점근적 구속성이나 통합 조건을 위반하지 않으면서 더 무거운 힉스 보손을 가능하게 하기 위해.
• 히iggs 섹터에 점근적으로 자유로운 상호작용을 도입함으로써, 더 가벼운 스퍼티클과 더 적은 미세조정을 가진 타당한 초대칭 모델을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 게이지 군 SU(3)×SU(2)₁×SU(2)₂×U(1)ᵧ를 갖는 MSSM의 게이지 확장을 도입하며, 여기서 SU(2)₁은 점근적으로 자유로워져 저에너지에서 큰 결합 상수를 가능하게 한다.
• 2,2̄ 변환성을 갖는 이중편지 Σ을 사용하여 SU(2)₁×SU(2)₂를 대각 부분군으로 붕괴시키며, 이로 인해 힉스 포텐셜에 D-항 기여가 발생한다.
• Σ의 실수 부분을 통합적으로 제거함으로써, 조정 가능한 매개변수 Δ를 갖는 효과적인 D-항 포텐셜을 도출한다. 이는 힉스 질량을 증가시킨다.
• F-항의 경우, 슈퍼포텐셜 상호작용 λSHH̄를 갖는 단일 상태 S를 추가하며, 약한 결합 g를 강한 게이지 결합 g₁으로 대체함으로써 λ의 RGE 진화를 수정한다. 이는 더 큰 저에너지 값의 λ를 가능하게 한다.
• NMSSM 유사 프레임워크에서의 1-반복 힉스 질량 행렬을 유도하며, 이는 가벼운 CP-짝성 힉스 질량이 λv에 도달할 수 있음을 보여주며, 이는 분리한 극한에서 λv가 최대 214 GeV에 이른다.
• LEP II 기준 114 GeV는 반드시 가벼운 힉스가 아니라 가장 무거운 힉스 상태에 적용되므로, 가벼운 힉스가 114 GeV 이하일 수 있으며, 이는 고유한 분해비율을 갖는 새로운 콜라이더 서명을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매우 무거운 스퍼티클을 요구하거나 다시 미세조정을 도입하지 않고도 MSSM의 한계인 약 130 GeV를 초월하여 트리 레벨 힉스 질량을 높일 수 있는가?
• RQ2 D-항 메커니즘에서 점근적으로 자유로운 게이지 섹터를 도입할 경우, 힉스 질량과 그로 인한 현상학적 결과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 약한 결합을 강한 게이지 결합 g₁으로 대체함으로써 수정된 NMSSM에서 단일 상태 결합 상수 λ의 RGE 진화가 어떻게 크게 향상될 수 있으며, 이는 더 큰 트리 레벨 힉스 질량을 가능하게 하는가?
• RQ4 이러한 모델에서 새로운 힉스 상태의 콜라이더 서명은 무엇인가, 특히 상전하 힉스가 가장 가벼운 힉스 보손일 경우에 어떻게 되는가?
• RQ5 전자약력 정밀도 제약과 분리한 극한이 LEP II 힉스 기준을 고려할 때 이러한 모델의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• D-항 메커니즘은 큰 tanβ 및 분리한 극한에서, g₁(u)=1.80, g₂(u)=0.70, u=2.4 TeV, m=10 TeV의 매개변수 조건 하에 트리 레벨 힉스 질량 214 GeV을 달성한다.
• g₁을 크게 하고 m²≫u²로 만들면 D-항 기여가 증폭되며, 이로 인해 Δ=6.97로 큰 값이 되어 트리 레벨에서 직접적으로 힉스 질량이 증가한다.
• F-항의 경우, 1-반복 힉스 질량 행렬은 분리한 극한에서 tanβ≈1 조건 하에 λv가 최대화될 때 가벼운 CP-짝성 힉스 질량이 최대 214 GeV에 도달할 수 있음을 보여준다.
• λ의 RGE는 약한 결합 g를 강한 게이지 결합 g₁으로 대체함으로써 수정되며, 이는 더 큰 저에너지 값의 λ를 가능하게 하여 점근적 구속성을 위반하지 않으면서도 더 무거운 힉스 질량을 가능하게 한다.
• LEP II 기준 114 GeV는 가장 무거운 힉스 상태에 적용되므로, 가장 가벼운 힉스는 이 기준 이하일 수 있으며, 이는 고유한 분해비율을 갖는 새로운 콜라이더 서명을 가능하게 한다.
• 이 모델들은 힉스 질량이 새로운 강한 상호작용을 통해 트리 레벨에서 높아지므로, 더 무거운 스토퍼 질량에 의존하지 않아도 되므로 MSSM보다 더 가벼운 스퍼티클과 더 적은 미세조정을 허용한다.