[논문 리뷰] SUSY-QCD corrections to MSSM Higgs boson production via gluon fusion

Margarete Mühlleitner, Heidi Rzehak외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 MSSM에서 CP-짝성 힉스 보손(h, H)의 글루온 융합 생성에 대한 첫 번째 완전한 1차 보정(NLO) 초대칭-强고(양성) 보정을 제시한다. 이는 토프, 바텀 및 스퀘어크 루프의 전체 질량 의존성을 포함한다. 연구는 이러한 보정이 크며, 바텀 쿼크 형상인자(형상인자)가 $\overline{\text{MS}}$ 체계에서 재규격화될 경우 $\Delta_b$ 방법으로 정확하게 근사화될 수 있음을 보여주며, 또한 무거운 글루아인고 한계에서 글루아인고의 분리가 일어나는 일관된 효과적 라그랑지안을 유도한다. 이는 Appelquist-Carazzone 정리에 부합함을 확인한다.

ABSTRACT

In the MSSM scalar h,H production is mediated by heavy quark and squark loops. The higher order QCD corrections have been obtained some time ago and turned out to be large. The full SUSY QCD corrections have been obained recently including the full mass dependence of the loop particles. We describe our calculation and present first numerical results. We also address the question of the proper treatment of the large gluino mass limit, i.e. the consistent decoupling of heavy gluino effects, and present the effective Lagrangian for decoupled gluinos.

연구 동기 및 목표

• MSSM에서 CP-짝성 힉스 보손(h, H)의 글루온 융합 생성에 대한 완전한 NLO 초대칭-강고 보정을 계산하는 것.
• 큰 글루아인고 질량 한계의 적절한 처리를 다루고 Appelquist-Carazzone 분리 정리와의 일관성을 확보하는 것.
• 글루아인고 분리 이후 스칼라 힉스-글루온 상호작용에 대한 효과적 라그랑지안을 유도하는 것.
• 루프 입자들의 전체 질량 의존성을 포함한 총 단면적에 대한 수치 결과를 제공하는 것.
• 재규격화 체계 의존성의 맥락에서 초대칭-강고 보정에 대한 $\Delta_b$ 근사의 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• 계산은 1차 보정 및 실방출 과정(예: $gg \to gh/H$, $gq \to qh/H$)을 활용하여 NLO 초대칭-강고 보정을 계산한다.
• 톱, 바텀 및 스퀘어크 루프의 전체 질량 의존성은 형상인자 $A_Q^{h/H}(\tau)$ 및 $A_{\tilde{Q}}^{h/H}(\tau)$에 포함되며, 후자는 스퀘어크를 포함한 삼각형 도형에서 유도된다.
• 강한 상호작용 상수 및 쿼크/스퀄크 질량의 재규격화는 $\overline{\text{MS}}$ 체계에서 수행되며, 병행 발산은 부분자 분포 함수에 흠irates된다.
• 글루아인고 분리에 대한 효과적 라그랑지안은 재규격화군 진동 및 운동량 감소를 통해 유도되며, 쿼크 요카와 스퀘어크-힉스 상호작용 간의 수정된 관계를 얻는다.
• 글루아인고 질량 체계에서의 매칭 조건은 유한한 임계 보정과 $M_{\tilde{g}}$ 이하의 RGE에서 유래한 로그 항을 포함하며, 분리 정리와의 일관성을 확보한다.
• 수치 결과는 $\overline{\text{MS}}$-재규격화된 바텀 쿼크 형상인자와 비교하여 얻어지며, $\Delta_b$ 근사와 비교된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에서 글루온 융합을 통한 $pp \to h/H$의 총 단면적에 전체 NLO 초대칭-강고 보정이 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 바텀 쿼크 형상인자가 $\overline{\text{MS}}$ 체계에서 재규격화될 경우, $\Delta_b$ 근사는 진정된 초대칭-강고 보정을 정확하게 기술할 수 있는가?
• RQ3 일관된 글루아인고 분리 이후 힉스-글루온 상호작용에 대한 올바른 효과적 라그랑지안은 무엇인가?
• RQ4 반사 보정은 큰 글루아인고 질량 한계에서 쿼크 요카와 스퀘어크-힉스 상호작용 간의 관계를 어떻게 수정하는가?
• RQ5 유도된 효과적 이론은 큰 $M_{\tilde{g}}$ 한계에서 Appelquist-Carazzone 분리 정리를 만족하는가?

주요 결과

• 글루온 융합을 통한 $pp \to h/H$의 전체 NLO 초대칭-강고 보정은 크며, 토프, 바텀 및 스퀘어크 루프의 질량에 크게 의존한다.
• 바텀 쿼크 형상인자가 $\overline{\text{MS}}$ 체계에서 재규격화될 경우, $\Delta_b$ 근사는 진정된 초대칭-강고 보정을 잘 기술한다.
• 글루아인고 분리 이후 힉스-글루온 상호작용에 대한 효과적 라그랑지안은 유한한 임계 보정과 Appelquist-Carazzone 정리와 일치하는 로그 항을 포함한다.
• 효과적 라그랑지안에서 계수 $C_{\text{SQCD}} = \frac{37}{6}$ 는 큰 글루아인고 질량 한계에서 잘 정의되어 있으며, 일관된 분리가 이루어짐을 확인한다.
• 수치 결과는 보정이 가벼운 스퀘어크와 큰 $\tan\beta$에서 가장 두드러지며, 가상 및 실방출 보정이 총 단면적에 상당한 기여를 한다는 것을 보여준다.
• 연구는 $\overline{\text{MS}}$-재규격화된 바텀 쿼크 형상인자가 전체 초대칭-강고 보정에 대한 신뢰할 수 있고 정확한 근사임을 확인한다.