[논문 리뷰] SusyHD: Higgs mass Determination in Supersymmetry

Javier Pardo Vega, Giovanni Villadoro|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 81인용 수 44

한 줄 요약

이 논문은 이론적 불확실성이 대부분의 관련 매개변수 공간에서 1 GeV 이하가 되도록 개선된 임계 보정을 포함한 최신 효과적 장 이론(EFT)을 사용하여 MSSM 힉스 보손 질량을 계산하는 SusyHD를 제시한다. 이는 이전보다 약간 무거운 SUSY 스케일임을 확인하고, 큰 $\tan\beta$ 및 스플릿 SUSY 시나리오에서 SUSY 스케일에 대한 상한을 완화시킬 수 있음을 보여주며, 힉스 질량 125.09 GeV는 최대 혼합 조건에서도 스토퍼 질량이 1 TeV를 초과해야 함을 시사한다.

ABSTRACT

We present the state-of-the-art of the effective field theory computation of the MSSM Higgs mass, improving the existing ones by including extra threshold corrections. We show that, with this approach, the theoretical uncertainty is within 1 GeV in most of the relevant parameter space. We confirm the smaller value of the Higgs mass found in the EFT computations, which implies a slightly heavier SUSY scale. We study the large tan(β) region, finding that sbottom thresholds might relax the upper bound on the scale of SUSY. We present SusyHD, a fast computer code that computes the Higgs mass and its uncertainty for any SUSY scale, from the TeV to the Planck scale, even in Split SUSY, both in the DRbar and in the on-shell schemes. Finally, we apply our results to derive bounds on some well motivated SUSY models, in particular we show how the value of the Higgs mass allows to determine the complete spectrum in minimal gauge mediation.

연구 동기 및 목표

• 큰 $\tan\beta$ 조건에서 주로 바텀 및 타우 섹터의 주요 SUSY 임계 보정을 포함함으로써 MSSM 힉스 질량 계산의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 관련 매개변수 공간 전반에서 힉스 질량 예측의 이론적 불확실성을 1 GeV 이하로 줄이기 위해.
• TeV에서 플랑크 스케일 SUSY에 이르기까지 $\overline{\rm DR}$ 및 온셸프(On-shell) 기준 모두에서 힉스 질량과 그 불확실성을 계산할 수 있는 빠르고 신뢰할 수 있는 컴퓨터 코드(SusyHD)를 개발하기 위해.
• 측정된 힉스 질량 125.09 GeV를 바탕으로 스플릿 SUSY 및 고스케일 시나리오에서의 SUSY 스케일 제약를 재평가하기 위해.
• 정밀화된 힉스 질량 계산을 바탕으로 최소 게이지 매체화 및 비대칭 매체화와 같은 잘 정립된 SUSY 모델에 대해 모델 독립적인 제약를 도출하기 위해.

제안 방법

• 논문은 관측된 힉스 질량과 LHC의 null 결과를 바탕으로, 대규모 로그를 체계적으로 재정렬하고 SUSY 스펙트럼의 큰 계층을 다루기 위해 효과적 장 이론(EFT) 접근법을 사용한다.
• 두 루프 보정을 계산하며, 토퍼, 스토퍼, 글루아노, 스바텀의 임계 보정 효과를 $\overline{\rm DR}$ 및 온셸프(On-shell) 규격화 기준 모두에 정확히 포함한다.
• 특히 페르미온-스칼라 질량 분리가 큰 스플릿 SUSY에서 이론적 불확실성을 제어하고 정확한 탈리포화 한계를 확보하기 위해 온셸프 기준을 사용한다.
• 핵심 식에는 두 루프 $\mathcal{O}(\alpha_t^2)$ 보정이 포함되며, 두 기준 모두에서 $\delta m_{\tilde{t}}^2$, $\delta m_t$, 및 $\Delta\lambda$의 명시적 표현이 포함되어 있다.
• 저자들은 SUSY 임계 보정에서 기인하는 힉스 질량 이동을 유도하며, $\overline{\rm DR}$ 기준에서의 비탈리포화 효과와 온셸프 기준에서의 적절한 상쇄를 다룬다.
• SusyHD 코드는 전체 SUSY 스케일 범위에서 힉스 질량과 그 불확실성을 계산하도록 구현되었으며, 온셸프 및 $\overline{\rm DR}$ 기준 모두를 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 $\tan\beta$ 조건에서 스바텀 및 타우 임계 보정을 포함함으로써 MSSM 힉스 질량 예측의 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 개선된 EFT 계산을 통해 고스케일 또는 스플릿 SUSY 시나리오에서도 힉스 질량 125.09 GeV를 일관되게 재현할 수 있는가?
• RQ3 다양한 기준 간의 힉스 질량 계산 이론적 불확실성은 어떻게 비교되며, 1 GeV 이하로 줄일 수 있는가?
• RQ4 측정된 힉스 질량은 최대 혼합 조건에서도 스토퍼 질량과 혼합 정도에 대해 어느 정도 제약을 가하는가?
• RQ5 SusyHD 코드는 스플릿 SUSY 및 최소 게이지 매체화 모델을 포함한 전체 SUSY 스케일 범위에서 힉스 질량과 그 불확실성을 신뢰할 수 있게 계산할 수 있는가?

주요 결과

• 모든 주요 임계 보정을 포함할 경우, 대부분의 관련 MSSM 매개변수 공간에서 힉스 질량 계산의 이론적 불확실성이 1 GeV 이하로 감소한다.
• EFT 계산은 이전에 추정된 것보다 약간 더 무거운 SUSY 스케일임을 확인하며, 힉스 질량 125.09 GeV는 최대 혼합 조건에서도 스토퍼 질량이 1 TeV를 초과해야 함을 시사한다.
• 큰-$\tan\beta$ 영역에서는 스바텀 임계 보정이 SUSY 스케일에 대한 상한을 완화시켜 고스케일 또는 스플릿 SUSY 시나리오를 가능하게 한다.
• 온셸프 기준은 무거운 글루아노에서 기인하는 비탈리포화 효과를 성공적으로 상쇄시켜 정확한 탈리포화 한계를 보장하지만, $\overline{\rm DR}$ 기준은 탈리포화되지 않는 거듭제곱 보정을 보인다.
• SusyHD 코드는 TeV에서 플랑크 스케일에 이르기까지 전체 SUSY 스케일 범위에서 빠르고 정밀한 힉스 질량 계산을 가능하게 하며, 최소 게이지 매체화 및 비대칭 매체화 모델의 제약 분석에 활용 가능함을 검증한다.
• 본 연구는 $m_h = 125$ GeV가 반드시 $10^{10}$ GeV 이하의 SUSY 스케일을 의미하는 것은 아니며, 고스케일 또는 스플릿 SUSY 시나리오는 여전히 타당하다는 것을 보여준다.