[논문 리뷰] Suggestions for Improved Benchmark Scenarios for Higgs-Boson Searches at LEP2

Marcela Carena, S. Heinemeyer외 2명|ArXiv.org|1999. 12. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 62

한 줄 요약

이 논문은 최소 초대칭 표준모형(MSSM) 내에서 LEP2에서의 힉스 보손 탐색을 위한 세 가지 개선된 벤치마크 시나리오를 제안한다. 이는 고정된 톰 쿼크 질량($m_t = 175$ GeV)과 초대칭 스케일($M_{\text{SUSY}} = 1$ TeV) 조건에서 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 질량 $m_h$를 최대화하는 데 초점을 맞춘다. $m_h^{\text{max}}$ 시나리오는 $\tan\beta$에 대한 함수로서 $m_h$의 이론적 상한을 정의하며, $m_h$–$\tan\beta$ 평면의 전반적인 커버리지가 가능하지만 $b\bar{b}$ 붕괴 분획비가 억제되어 탐지 어려움이 발생할 수 있는 새로운 대규모 $\mu$ 시나리오를 도입한다.

ABSTRACT

We suggest new benchmark scenarios for the Higgs-boson search at LEP2. Keeping m_t and M_SUSY fixed, we improve on the definition of the maximal mixing benchmark scenario defining precisely the values of all MSSM parameters such that the new m_h^max benchmark scenario yields the parameters which maximize the value of m_h for a given tan(beta). The corresponding scenario with vanishing mixing in the scalar top sector is also considered. We propose a further benchmark scenario with a relatively large value of |mu|, a moderate value of M_SUSY, and moderate mixing parameters in the scalar top sector. While the latter scenario yields m_h values that in principle allow to access the complete M_A-tan(beta)-plane at LEP2, on the other hand it contains parameter regions where the Higgs-boson detection can be difficult, because of a suppression of the branching ratio of its decay into bottom quarks.

연구 동기 및 목표

• LEP2에서의 힉스 보손 탐색을 위한 더 정밀하고 물리적으로 타당한 벤치마크 시나리오를 정의하기 위해.
• 고정된 $m_t$와 $M_{\text{SUSY}}$ 조건에서 $m_h$를 최대화하는 파라미터 설정을 규명하여 $m_h^{\text{max}}$ 벤치마크를 도출하기 위해.
• LEP2에서 $m_h$–$\tan\beta$ 평면의 전반적인 커버리지가 가능하되, $b\bar{b}$ 붕괴 모드가 억제될 수 있는 잠재적 탐지 어려움이 있는 새로운 대규모 $\mu$ 시나리오를 제안하기 위해.
• 스칼라 톰 쿼크 섹터의 혼합과 글루아노 질량이 $m_h$ 예측 및 힉스 탐지에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특정 영역에서 $BR(h \to b\bar{b})$ 또는 $BR(H \to b\bar{b})$ 가 억제되는 영역을 규명하고, 이에 따라 대체 붕괴 채널 탐색이 필수적임을 강조하기 위해.

제안 방법

• 고정된 $m_t$, $M_{\text{SUSY}}$, $\tan\beta$ 조건에서 $X_t$와 $X_b$를 최대화함으로써 $m_h^{\text{max}}$ 벤치마크를 정의한다.
• 이중 순서 보정, 초대칭 QCD 효과 및 스케일 의존성까지 포함한 두 번째 순서 보정을 고려한 FeynHiggs와 subhpole 프로그램을 사용하여 $m_h$를 계산한다.
• |$\mu| \sim 500$ GeV인 새로운 대규모 $\mu$ 시나리오를 도입하여, 중간 수준의 $M_{\text{SUSY}}$와 중간 수준의 $X_t$ 조건에서 더 넓은 파라미터 영역의 커버리지 가능성을 탐색한다.
• 생산 단면적 $e^+e^- \to hZ$, $HZ$, $hA$의 운동역학적 가능성을 평가하기 위해 $\sin^2(\beta - \alpha)$ 및 $\cos^2(\beta - \alpha)$ 의존성 분석을 수행한다.
• $m_h^2 \sin^2(\beta - \alpha) + m_H^2 \cos^2(\beta - \alpha) = m_h^2|_{M_A^2 \gg M_Z^2}$ 관계식을 활용하여 혼합 각도와 $m_h$ 상한 간의 연결 고리를 설정한다.
• 일관성 검증 및 표준모형 정밀 관측량과의 편차 평가를 위해 두 번째 순서 보정을 고려한 $\Delta\rho$ 보정을 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고정된 $m_t$와 $M_{\text{SUSY}}$ 조건에서 MSSM 내에서 $m_h$의 가능한 최대 값은 $\tan\beta$에 따라 어떻게 변하는가?
• RQ2 스칼라 톰 쿼크 혼합($X_t$)은 $m_h$ 예측 및 LEP2에서의 힉스 보손 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 $b\bar{b}$ 붕괴 모드가 억제될 수 있는 잠재적 어려움이 있더라도, LEP2에서 $m_h$–$\tan\beta$ 평면의 전반적인 커버리지가 가능한 벤치마크 시나리오를 정의할 수 있는가?
• RQ4 큰 $|\mu|$ 파라미터는 LEP2에서의 힉스 보손 생성 및 붕괴 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 $h \to b\bar{b}$ 붕괴 분획비가 억제되는 파라미터 영역는 어디이며, 이는 발견 가능성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• $m_h^{\text{max}}$ 시나리오 벤치마크는 $m_t = 175$ GeV 및 $M_{\text{SUSY}} = 1$ TeV 조건에서 $m_h \lesssim 130$ GeV의 이론적 상한을 달성하며, $m_t$가 5 GeV 증가하면 보정 효과로 약 5 GeV 상한이 증가한다.
• 혼합이 없는 시나리오($X_t = 0$)는 $m_h^{\text{max}}$ 시나리오보다 낮은 $m_h$를 제공하며, 이는 톰 스퀘어크 혼합의 영향을 정량화한다.
• 새로운 대규모 $\mu$ 시나리오에서는 $m_h$ 값이 약 107 GeV까지 도달 가능하여, 중간 수준의 $M_{\text{SUSY}}$와 $X_t$ 조건에서 LEP2에서 $m_h$–$\tan\beta$ 평면의 전반적인 커버리지가 가능하다.
• 대규모 $\mu$ 시나리오에서 $\tan\beta$ 가 클수록 $BR(h \to b\bar{b})$ 및 $BR(H \to b\bar{b})$ 가 크게 억제되어 탐지 감도가 떨어질 수 있다.
• $e^+e^- \to hZ$, $HZ$, $hA$의 생산 단면적은 혼합 각도의 상호 보완적 억제로 인해 운동역학적으로 접근 가능하며, 최소한 하나의 채널은 여전히 탐지 가능하다.
• 대규모 $\mu$ 시나리오의 일부 영역에서 두 번째 순서 $\Delta\rho$ 보정이 $10^{-3}$ 이상을 초과하여, 전자약력 정밀도 데이터와의 긴장 가능성을 시사한다.