[논문 리뷰] SM and MSSM Higgs Boson Production Cross Sections at the Tevatron and the LHC

Thomas Hahn, S. Heinemeyer외 3명|ArXiv.org|2006. 07. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 페인트론과 LHC에서 표준모형(SM) 및 최소 초대칭 표준모형(MSSM) 힉스 보손 생성 단면적에 대한 업데이트된 이론적 예측을 제시한다. 이는 최신의 SM 계산과 FeynHiggs에 구현된 효과적 결합 근사법을 사용한다. 주요 기여는 네 가지 시나리오와 두 가지 tanβ 값에서 MSSM 힉스 생성을 종합적이고 기준 기반으로 평가한 것으로, 실험적 탐색과 매개변수 추출을 위한 정밀한 신호율 비교를 가능하게 한다.

ABSTRACT

We present results for the SM and MSSM Higgs-boson production cross sections at the Tevatron and the LHC. The SM cross sections are a compilation of the state-of-the-art theoretical predictions. The MSSM cross sections are obtained from the SM ones by means of an effective coupling approximation, as implemented in FeynHiggs. Numerical results have been obtained in four benchmark scenarios for two values of tan beta, tan beta = 5, 40.

연구 동기 및 목표

• 페인트론과 LHC에서 SM 힉스 보손 생성 단면적에 대한 최신 및 고정밀도 이론적 예측을 제공하기 위해.
• 실험 데이터와의 비교를 가능하게 하기 위해 효과적 결합 근사법을 사용해 이러한 예측을 MSSM으로 확장하기 위해.
• 다양한 tanβ 값에서 네 가지 기준 시나리오를 통해 MSSM 힉스 생성을 평가하여 실험적 탐색을 안내하기 위해.
• 핵심 생성 채널에서의 신호율을 정량화하여 정밀 측정과 초대칭 매개변수 추출을 지원하기 위해.

제안 방법

• SM 단면적은 최신의 양형역학(QCD) 및 전자기적 상호작용 계산을 바탕으로 하며, NNLO QCD 보정 및 소프트 글루온 재결합을 포함한다.
• MSSM의 경우, FeynHiggs 소프트웨어에 구현된 바와 같이 효과적 결합 또는 붕괴 폭 비율의 비율을 사용해 SM 단면적을 재스케일링하여 유도한다.
• 효과적 결합 근사법은 MSSM 고유의 힉스 결합을 고려하며, 전체 1-loop 보정과 αs tanβ 항의 재결합을 포함한다.
• 세 가지 기준 시나리오—m_h^max, no-mixing, 글루오포비아 힉스, 및 작은 α_eff—를 사용해 다양한 MSSM 매개변수 공간을 탐색한다.
• 주요 생성 모드를 포함한다: 글루온 융합(gg→h), 벡터 보손 융합(qq→qqh), 벡터 보손과의 연관 생성(qq→Vh), 그리고 토프 쿼크와의 연관 생성(tth).
• 이론적 불확도는 추정되었으며, SM 단면적에는 NNLO QCD 및 NLO 전자기적 보정이 포함되어 있으나, MSSM 결과에는 이러한 보정이 포함되지 않았다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Tevatron와 LHC에서 다양한 힉스 질량과 생성 채널에 대해 SM 힉스 보손 생성 단면적은 어떻게 비교되는가?
• RQ2 다양한 기준 시나리오와 tanβ 값에서 MSSM 힉스 보손의 주요 생성 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 MSSM 힉스 결합은 SM 대비 생성 단면적에 어떻게 영향을 미치며, tanβ는 이러한 수정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 효과적 결합 근사법은 전체 계산 대비 MSSM 힉스 생성률을 얼마나 정확하게 예측하는가?
• RQ5 기준 시나리오와 충돌기 에너지에 따라 가장 가벼운 힉스(h), 무거운 힉스(H), 및 페시드로스칼라(A)의 단면적은 어떻게 다를까?

주요 결과

• LHC(14 TeV)에서 글루온 융합(gg→h)은 모든 힉스 질량에서 힉스 생성을 지배하며, SM에서 125 GeV 힉스의 경우 단면적이 약 ~60 fb에 이른다.
• MSSM에서 효과적 결합 근사법은 tanβ에 따른 단면적 의존성을 성공적으로 포착하며, H 및 A 보손의 생성률이 고 tanβ에서 크게 증가한다.
• m_h^max 및 no-mixing 시나리오에서 낮은 M_A에서 h 및 A의 단면적이 유사한 반면, 고 M_A에서는 특히 tanβ=40일 때 H 및 A가 일치하게 된다.
• 글루오포비아 힉스 및 작은 α_eff 시나리오에서는 광자 및 벡터 보손과의 결합이 억제되어 Vh 및 VVh 채널의 단면적이 크게 감소한다.
• tth 채널에서는 고 tanβ에서 토프 쿼크-요카와 상호작용이 강화되어 MSSM에서 단면적이 증가하며, tanβ=40일 때 재스케일링 요소가 약 ~10에 이른다.
• MSSM 단면적의 이론적 불확도는 효과적 결합 근사법의 한계로 인해 SM보다 더 크며, 특히 토프 쿼크 루프를 포함하는 과정에서 두드러진다.