[论文解读] FeynHiggsFast: a program for a fast calculation of masses and mixing angles in the Higgs Sector of the MSSM

S. Heinemeyer, W. Hollik+1 more|ArXiv.org|Feb 19, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 29

一句话总结

FeynHiggsFast 是一个高度优化的 Fortran 程序，通过紧凑的解析近似方法，计算了在 MSSM 中至二阶微扰的中性 CP 偶 Higgs 玻色子的质量和混合角。该程序在保持大部分 MSSM 参数空间内亚 2 GeV 精度的同时，实现了相较于完整图解计算 3×10⁴ 倍的速度提升，使得对对撞机理论物理中 Higgs 系统的研究变得快速且精确。

ABSTRACT

FeynHiggsFast is a Fortran code for the calculation of the masses and the mixing angle of the neutral CP-even Higgs bosons in the MSSM up to two-loop order. It is based on a compact analytical approximation formula of the complete diagrammatic one-loop and the dominant two-loop contributions. At the one-loop level a leading logarithmic result is used, taking into account all sectors of the MSSM. At the two-loop level at O(alpha alpha_s) the leading logarithmic and non-logarithmic contributions are taken into account. The approximation formula is valid for arbitrary choices of the parameters in the Higgs sector of the model. Comparing its quality to the full diagrammatic result, we find agreement better than 2 GeV for most parts of the MSSM parameter space.

研究动机与目标

• 开发一种快速且精确的工具，用于计算 MSSM Higgs 系统中 Higgs 玻色子的质量和混合角。
• 在不牺牲精度的前提下，降低精确 Higgs 物理计算的计算成本。
• 实现高效集成到 LHC 和未来对撞机研究的更大理论物理代码中的能力。
• 为 CP 偶 Higgs 系统中的二阶微扰修正提供可靠的近似，包括主导的 ααs 和次主导的 G_F²m_t⁶ 贡献。

提出的方法

• 该程序使用从完整一阶微扰和主导二阶微扰费曼图解结果中推导出的紧凑解析近似公式。
• 在一阶微扰水平上，采用包含所有 MSSM 体系的对数领先近似。
• 在二阶微扰水平上，通过跑动重正化群方法包含主导的 O(ααs) 修正和次主导的 O(G_F²m_t⁶) 项。
• 该近似忽略了自能函数中的外部动量依赖性，从而简化了质量矩阵的对角化过程。
• 通过求解修正后的 Higgs 质量矩阵，计算有效混合角 α_eff。
• 该代码由可由用户修改的前端模块和固定且高度优化的子程序模块构成，便于集成到其他程序中。

实验结果

研究问题

• RQ1 紧凑的解析近似在多大程度上能够重现完整的二阶微扰 MSSM Higgs 质量和混合角计算结果？
• RQ2 在整个 MSSM 参数空间中，该解析近似与完整图解结果之间的最大偏差是多少？
• RQ3 通过用简化解析公式替代完整的图解计算，可在 MSSM Higgs 系统中实现多大的速度提升？
• RQ4 在 MSSM 参数空间的哪些区域，该近似会失效或表现出更大的偏差？
• RQ5 该近似能否作为子程序在更大规模的对撞机物理理论代码中被可靠使用？

主要发现

• 在大部分 MSSM 参数空间中，FeynHiggsFast 中的解析近似与完整图解结果的偏差小于 2 GeV。
• 该程序相较于完整图解代码 FeynHiggs 实现了约 3×10⁴ 倍的速度提升。
• 有效混合角 α_eff 的相对偏差在绝大多数区域低于 3%，仅在 MA 为 100–150 GeV 且 tanβ 较大的狭窄区域内略有升高，这是由于对自能微小变化的敏感性增强所致。
• 即使在 h/H 质量简并区域附近，该近似仍表现良好，此时自能的微小变化会导致更大的角位移。
• 该代码在高精度 Higgs 理论物理研究中表现出足够的稳定性和准确性，适用于 LHC 和未来直线对撞机的研究。
• 由于其模块化前端设计，FeynHiggsFast 可无缝集成到其他代码（如 HDECAY）中作为子程序使用。