[논문 리뷰] What do precision Higgs measurements buy us?

Brian Henning, Xiaochuan Lu외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 04. 03.

Computational Physics and Python Applications인용 수 53

한 줄 요약

이 논문은 향후 정밀도 힉스 및 전약 측정이 새로운 물리학의 두 개의 별개 모델에 대해 얼마나 민감한지 평가한다: 전약 대칭 붕괴를 위한 나무 수준의 스칼라 싱게틀 모델과 자연성의 일계 초입자 모델인 MSSM의 스칼라 토프 모델. 효율적 장 이론을 사용하여, 힉스 및 전약 관측치가 뉴 피직스 스케일에 대해 유사한 민감도를 보이며, 향후 $e^+e^-$ 충돌기인 ILC와 TeraZ가 자연스러운 MSSM 매개변수 영역을 탐색할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We study the sensitivities of future precision Higgs measurements and electroweak observables in probing physics beyond the Standard Model. Using effective field theory--appropriate since precision measurements are indirect probes of new physics--we examine two well-motivated test cases. One is a tree-level example due to a singlet scalar field that enables the first-order electroweak phase transition for baryogenesis. The other is a one-loop example due to scalar top in the MSSM. We find both Higgs and electroweak measurements are sensitive probes of these cases.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 새로운 물리학에 대한 향후 정밀도 힉스 및 전약 측정의 민감도를 평가하기 위해.
• 정밀도 힉스 측정이 전약 대칭 붕괴나 MSSM의 자연성과 같은 잘 정의된 BSM 시나리오를 탐색할 수 있는지 평가하기 위해.
• 효율적 장 이론을 사용하여 힉스 및 전약 관측치의 민감도를 비교하여 뉴 피직스 스케일을 탐색하는 데에 대해 평가하기 위해.
• 실험적 민감도를 윌슨 계수에 정량화하고, 이를 BSM 모델의 물리적 질량과 연관시키기 위해.

제안 방법

• 고차원 연산자로 뉴 피직스를 기술하는 표준모형 효율적 장 이론(SMEFT) 프레임워크를 사용하여 截단 스케일 $\Lambda$ 에 의해 억제되는 새로운 물리학을 기술한다.
• 중요한 BSM 상태(싱게틀 스칼라 및 스칼라 토프)를 통합하여 차수 6 연산자의 윌슨 계수를 계산한다.
• 윌슨 계수를 측정 가능한 힉스 붕괴 및 생성 비율과 연관지어, $h \to \gamma\gamma$, $h \to gg$, 및 $\gamma\gamma$-결합 편차를 포함한다.
• MSSM의 BSM 매개변수인 $m_{\tilde{t}}$, $X_t$, $\tan\beta$ 에 따라 윌슨 계수의 해석적 표현을 사용한다.
• 향후 $e^+e^-$ 충돌기(Ilc, TeraZ)의 실험적 민감도를 두 모델의 매개변수 공간에 투영한다.
• 히iggs 진공 기대값과 혼합 효과로 인한 질량 고유값 보정을 고려하여, 단순한 역 윌슨 계수 추정치에서 물리적 질량이 얼마나 이격되는지 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 나무 수준의 싱게틀 스칼라 모델이 첫 번째 순서의 전약 상전이를 가능하게 할 경우, 정밀도 힉스 및 전약 측정은 얼마나 민감한가?
• RQ2 정밀도 힉스 측정은 특히 자연성의 맥락에서 MSSM의 스칼라 토프 섹터를 어느 정도 탐색할 수 있는가?
• RQ3 동일한 BSM 물리학 시나리오를 탐색할 때, 힉스 및 전약 관측치의 민감도는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 향후 $e^+e^-$ 충돌기(Ilc, TeraZ)는 정밀도 힉스 측정을 통해 MSSM의 자연성 영역을 어느 정도 탐색할 수 있는가?
• RQ5 히iggs 진공 기대값과 혼합 효과로 인한 보정은 윌슨 계수와 물리적 BSM 입자 질량 간의 매핑에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 나무 수준의 싱게틀 스칼라 모델과 일계 초입자 MSSM 스칼라 토프 모델 모두에서 정밀도 힉스 및 전약 측정이 뉴 피직스에 대해 비슷한 민감도를 보인다.
• ILC와 TeraZ 프로그램은 $m_{\tilde{t}} \sim 1$ TeV 및 $X_t \sim \sqrt{6}m_{\tilde{t}}$ 인 자연스러운 MSSM 영역을 탐색할 수 있으며, 이는 최소한의 미세조정에 해당한다.
• 스칼라 토프 모델의 경우 윌슨 계수는 $\mathcal{O}\left(\frac{h_t^2}{(4\pi)^2}\right)$ 수준이며, $c_{GG} \sim \frac{h_t^2}{(4\pi)^2} \frac{1}{12}$ 및 $c_{WB} \sim -\frac{h_t^2}{(4\pi)^2} \frac{1}{24}$ 로 계산되며, 이는 고리 수준 기여를 반영한다.
• $h \to \gamma\gamma$ 붕괴 비율은 $\frac{8v^2}{m_{\tilde{t}}^2}(c_{WW} + c_{BB} - c_{WB})$ 비례 보정을 받으며, 이는 $m_{\tilde{t}}$ 와 $X_t$ 에 민감하다.
• 물리적 스탑 질량은 단순한 역 윌슨 계수 추정치에서 $\frac{1}{2}\frac{m_t^2}{m_{\tilde{t}}^2} \max\left(1, \frac{X_t^2}{m_{\tilde{t}}^2}\right)$ 정도의 보정을 받아, 민감도 예측에서 고려되어야 한다.
• 향후 TeraZ 프로그램은 ILC에 비해 민감도를 크게 향상시켜 자연스러운 MSSM 매개변수 영역을 고정밀도로 탐색할 수 있다.