[論文レビュー] Bounds on the Higgs Mass in Variations of Split Supersymmetry

Rakhi Mahbubani|ArXiv.org|Aug 8, 2004

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 8被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、一般化されたスプリット超対称性のシナリオにおいて、ヒッグス粒子の質量にモデルに依存しない上限と下限を、ヒッグス四次結合定数の整合性の観点から導出している。ヒッグス四次結合定数の整合性の観点から、真空安定性（ヒッグス自己結合定数が極端に負にならないこと）から下限を導き、GUTスケールまでで摂動論的である（すべての結合定数が摂動論的でなくなることのない）という条件から上限を導出している。その結果、物理的ヒッグス質量は、新しい物質やヤヌーカ結合の有無に応じて110 GeVから400 GeVの間にあることが示された。

ABSTRACT

We investigate the limits on the higgs mass in variations of Split Supersymmetry, where the boundary value of the Higgs quartic coupling at the SUSY breaking scale ($m_s$) is allowed to deviate from its value in the minimal model of Arkani-Hamed and Dimopoulos. We show that it is possible for $λ(m_s)$ to be negative and use vacuum stability to put a lower bound on this coupling, and hence on the mass of the physical higgs. We also use the requirement of perturbativity of all couplings up to the cutoff to determine an upper limit for the higgs mass in models which are further modified by additional matter content. For $m_s\geq 10^6$ GeV we find 110 GeV $\lesssim m_h\lesssim 280$ GeV if the new matter is not coupled to any Standard Model field; and 110 GeV $\lesssim m_h\lesssim 400$ GeV if it has Yukawa couplings to the higgs.

研究の動機と目的

• スプリット超対称性モデルにおけるヒッグスボソン質量の許容範囲を、超対称性破れスケールでのヒッグス四次結合定数が最小モデルから逸脱することを許容する場合に特定すること。
• ヒッグス粒子と結合する新しい物質（分離され、またはヤヌーカ結合を持つ）がヒッグス質量の上限・下限に与える影響を調査すること。
• 真空安定性とGUTスケールまでの摂動論的条件という物理的原則に基づいて、モデルに依存しない制約を導出すること。
• スプリット超対称性の原理に基づく理論において、ヒッグス質量の検証可能な予測を提供すること。

提案手法

• 超対称性破れスケール m_s におけるヒッグス四次結合定数 λ(m_s) を、1ループの整合性方程式（RGE）を用いて分析する。
• 真空安定性を満たすために、偽真空の崩壊率がハッブル定数より小さくなるように制約を課し、|λ(m_s)| の下限を導出する。
• すべての結合定数がGUTスケールまで摂動論的でなくなることを防ぐために、λ(m_s) の上限を導出する。
• 弱スケールに N 個の完全な SU(5) マルチプレット（5 + 5̄）または（5 + 5̄ + 10 + 10̄）を追加し、それらのヒッグスへのヤヌーカ結合を考慮する。
• ゲージ結合定数、トップに類似たヤヌーカ結合定数、ヒッグス自己結合定数の寄与を含めたRGEを用いて、λ の走破を追跡する。
• 結合定数を弱スケールまで進化させ、有効ポテンシャルの最小値を解くことで、物理的ヒッグス質量を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス四次結合定数が m_s で負に許容される場合、スプリット超対称性におけるヒッグス質量の最小許容値は何か？
• RQ2 弱スケールに追加のSU(5)マルチプレットが存在する場合、スプリット超対称性におけるヒッグス質量の上限はどのように変化するか？
• RQ3 新しいフェルミオンとヒッグスのヤヌーカ結合が、摂動論的モデルにおいてヒッグス質量をどの程度まで増加させ得るか？
• RQ4 2ループRGEなどの高次の補正を含めた場合、ヒッグス質量の境界はどの程度頑健か？
• RQ5 新しい重いフェルミオンを追加しても、精度の高い電弱物理学のデータと整合性を保てるか？

主な発見

• m_s ≥ 10^6 GeV の場合、真空安定性の条件（ヒッグス自己結合定数が極端に負でない）から、ヒッグス質量の下限は約110 GeVである。
• ヤヌーカ結合を持たない追加のSU(5)マルチプレット（5 + 5̄）を追加した場合、ヒッグス質量の上限は280 GeVに制限される。
• 新しい物質にヒッグスへのヤヌーカ結合が存在する場合、ヒッグス自己結合定数の走破に正の寄与が増加するため、上限は400 GeVにまで上昇する。
• 下限はLEP-IIの除外限界（約115 GeV未満のヒッグスは除外）と整合しており、λ(m_s) がわずかに負であっても115 GeVのヒッグスが許容される可能性を示唆している。
• 上限は、新しい物質系におけるトップに類似たヤヌーカ結合定数の境界値に敏感であり、大きな結合定数はヒッグス質量をより大きく押し上げる。
• 新しいフェルミオンが重いか、新しいヤヌーカ結合にカスティドル対称性が課されている限り、モデルは精度の高い電弱物理学のデータと整合性を保つことができる。