[논문 리뷰] Resonance Production of Three Neutral Supersymmetric Higgs Bosons at LHC

G. Cynolter, E. Lendvai외 1명|ArXiv.org|2000. 03. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 MSSM 내에서 LHC에서 글루온 융합를 통한 세 개의 가장 가벼운 중성 초대칭 힉스 보손 (hhh) 의 공진 증폭 생성을 조사한다. 일중 및 주요 이중중계 교정을 사용하여, 삼중 힉스 상호작용 상수들이 횡단단면을 지배함을 발견하였으며, tanβ = 3일 때 최대 300 fb에 이르게 되며, 기여가 억제되어 쿼드루플렉스 상호작용 기여가 무시할 수 있을 정도로 작아, LHC에서의 측정이 불가능하다.

ABSTRACT

Multiple production of Higgs particles is essential to study Higgs self-couplings at future high-energy colliders. In this paper we calculated the resonance contributions to the production of three lightest neutral supersymmetric Higgs bosons in gluon fusion at LHC. The cross sections due to trilinear Higgs couplings is sizeable but the measurement of the quartic coupling hhhH(h) seems to be impossible.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 글루온 융합를 통한 MSSM 내에서 삼중 힉스 보손 생성(hhh)에 대한 공진 기여를 연구하기 위해.
• 이 과정를 통해 MSSM 내 삼중 및 쿼드루플렉스 힉스 자기상호작용 상수 측정 가능성 평가하기 위해.
• 횡단단면에 기여하는 주요 파인먼 다이어그램 및 그 기여도를 특정하여, 특히 공진 조건 근처에서 분석하기 위해.
• tanβ 및 MA가 횡단단면과 공진 증폭에 미치는 영향 평가하기 위해.
• LHC에서 hhh 종말 상태에서 쿼드루플렉스 힉스 상호작용 상수의 실험적 관측 가능성에 대해 결론 내리기 위해.

제안 방법

• 일중 및 주요 이중중계 반사교정을 사용하여 힉스 보손 질량, 너비 및 상호작용 상수의 보정을 수행하여 pp → hhh + X의 횡단단면을 계산하였다.
• 쿼크 및 스퀴어크의 루프를 포함한 삼각형, 상자 및 오각형 다이어그램을 포함하였으며, 공진 분석에서는 오각형 다이어그램을 생략하였다.
• 스피너 및 게이지 불변의 텐서 분해를 사용하여 스핀 0 및 스핀 2의 헬리시티 진폭을 계산하였다.
• √s = 14 TeV에서 글루온 루미노시티 계산에 VEGAS 통합 패키지와 GRV parton 분포 함수를 사용하였다.
• 매개변수 MA (CP-홀드 힉스 질량), tanβ (VEV 비율), α (힉스 혼합 각도)를 사용하여 힉스 상호작용을 모델링하였으며, ε는 토퍼 쿼크 루프 교정을 매개하였다.
• 전이 함수 극을 통해 공진 기여를 계산: 1/(ŝ − MH² + iMHΓH), H → hh 붕괴는 λHhhh 및 λhhhh 상호작용 상수를 통해 고려하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM 내에서 LHC에서 글루온 융합를 통한 세 개의 가장 가벼운 중성 힉스 보손 (hhh) 의 공진 생성을 관측할 수 있는가?
• RQ2 횡단단면에 대한 삼중 상호작용 대비 쿼드루플렉스 상호작용 상수의 기여 비율은 어떻게 되는가?
• RQ3 LHC에서 hhh 종말 상태에서 쿼드루플렉스 힉스 상호작용 상수 λhhhh 는 측정 가능한가?
• RQ4 횡단단면은 tanβ 및 MA에 따라 어떻게 변화하는가, 특히 공진 조건 근처에서 어떻게 되는가?
• RQ5 이론적으로 존재함에도 불구하고 쿼드루플렉스 상호작용 기여가 무시무시한 이유는 무엇인가?

주요 결과

• tanβ = 3일 때, 공진 증폭 횡단단면은 최대 300 fb에 이르며, 주로 삼중 상호작용 상수에 의해 지배된다.
• 더 높은 MA에서 횡단단면은 약 150 fb로 감소하며, 주로 H → hh 붕괴가 λHhhh 를 통해 일어나는 상자 다이어그램 기여가 주요 기여를 차지한다.
• 쿼드루플렉스 상호작용 기여는 삼중 상호작용 다이어그램 대비 약 두 개의 자리수만큼 억제되어, λhhhh 는 LHC에서 측정 불가능하다.
• tanβ = 30일 때, 큰 hhh 상호작용과 공진이 없기 때문에 횡단단면은 약 ~6 fb로 거의 일정하게 유지되며, 명백한 증폭이 없다.
• 작은 tanβ에서 2h 대비 3h 횡단단면 비율은 약 10으로, 3h 생성은 유의미하지만 2h 과정에 비해 열등하다.
• 쿼드루플렉스 상호작용 기여의 억제는 상호작용 강도가 작다는 것 외에도 간섭 효과 때문이며, 단지 위상공간 때문만은 아니다.