[論文レビュー] Higgs Boson Yukawa Form Factors from Supersymmetric Radiative Fermion Masses

Arun M. Thalapillil, Scott Thomas|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 43被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、フェルミオン質量がソフトスピン対称性破れ項を通じて放射的に生成される超対称モデルを調査し、ヒッグス＝フェルミオン ユーカワ形因子が修正され、異常磁気モーメントが増大することを示している。主な結果として、このようなモデルはヒッグスカップリングにO(1)のずれを生じさせることができ、大規模なtanβに依存せずに、3σのずれを説明可能な大きさの正の寄与をミューオンの異常磁気モーメントに与える。これはLHCおよびILCでテスト可能である。

ABSTRACT

The recent discovery of the Higgs-like resonance at $125\, m{GeV}$ has opened up new avenues in the search for beyond standard model physics. Hints of such extensions could manifest themselves as modifications in the Higgs-fermion couplings and other Higgs related observables. In this work, we study aspects of a class of models where the light fermion masses are radiatively generated. Specifically, we consider models where the light fermion masses, partially or completely, arise from chiral violation in the soft supersymmetry-breaking sector. In these models, the radiatively generated Higgs-fermion Yukawa form factors have non-trivial characteristics and will modify Higgs-fermion couplings from their standard model expectations. A radiatively generated fermion mass could also potentially contribute to large anomalous magnetic moments; this is particularly interesting in the case of the muon where a persistent discrepancy, at the level of around $3\,σ$, has existed between experiment and theory. Deviations in the Higgs-fermion couplings will eventually be probed to high accuracy in the near future, at the LHC and the planned ILC, to less than a percent. The prospect of a large, unknown contribution to the muon anomalous magnetic moment could be reaffirmed as well, in future experiments. All these reasons make it worthwhile to revisit models of radiatively generated fermion masses, and investigate some of their general characteristics in these contexts.

研究の動機と目的

• ソフト＝ユーカワ超対称モデルにおける放射的生成フェルミオン質量が、非自明なユーカワ形因子を通じてヒッグス＝フェルミオンカップリングをどのように修正するかを調査すること。
• このようなモデルが、長年のミューオン異常磁気モーメントの3σのずれを説明できる可能性を評価すること。
• 第一および第二世代フェルミオン質量を生成しつつ、真空安定性を維持できるようなモデルの妥当性を評価すること。
• 将来のコライダーによる予測されたヒッグスカップリングおよび異常磁気モーメントのずれの探査可能性を特定すること。

提案手法

• 次元6のオペレーターを用いて標準模型からのずれをパラメータライズし、特に$ H^\nu H \bar{f} H f $および$ \bar{f} D^2 H f $を含むヒッグス＝フェルミオン ユーカワ形因子オペレーターを用いる。
• チャイralおよびU(1)_R対称性がソフト項によって破れるソフト＝ユーカワモデルの枠組みにおいて、放射的生成フェルミオン質量および次元6オペレーターの係数を導出する。
• スパーティクルおよびソフト破れ項を含むループ図から生じる形因子を評価することで、ヒッグス＝フェルミオンカップリングの修正を計算する。
• 電磁ダイポールオペレーターを通じたフェルミオン異常磁気モーメントへの寄与を評価し、特にミューオンに注目する。
• 既存のミューオンおよびトップクォークの磁気モーメントに関する実験的制約を用いて、モデルのパラメータ空間を制限する。
• 大規模な三体項ソフト項による色や電荷の破れの可能性を評価することで、真空安定性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフト＝ユーカワモデルにおいて、標準模型と比較してヒッグス＝フェルミオン ユーカワカップリングはどの程度修正されるか？
• RQ2 これらのモデルにおけるフェルミオン質量の放射的生成は、ミューオン異常磁気モーメントに顕著な寄与をもたらすか？
• RQ3 ソフト＝ユーカワモデルにおけるミューオン異常磁気モーメントの寄与は、MSSMと比較してtanβ依存性の面でどのように異なるか？
• RQ4 ミューオン質量が完全に放射的プロセスによって生成されるとともに、真空安定性を保つパラメータ空間の有効領域は存在するか？
• RQ5 予測されたヒッグスカップリングのずれは、LHCやILCなどの将来のコライダー実験で探査可能か？

主な発見

• ソフト＝ユーカワモデルにおけるヒッグス＝フェルミオン ユーカワ形因子は、わずかなスパーティクル質量に対しても、標準模型からO(1)のずれを示し、将来のコライダーで検出可能である。
• ミューオン異常磁気モーメントへの寄与は正であり、かつ顕著で、現在の実験的ずれの2σ以内に収まる値を示し、tanβに依存しない（一次的に）。
• 異常磁気モーメントの寄与は、フェルミオン質量と同じループ次数に生じるため、通常の木レベル ユーカワモデルにおけるループ抑制を回避し、より顕著な寄与をもたらす。
• 特定の妥当なパラメータ空間領域において、モデルはミューオンおよびボトムクォーク質量を完全に放射的プロセスによって生成可能であり、準安定な真空を維持できる。
• トップクォークの磁気モーメントおよびクオルク磁気モーメントに関する制約は、モデルと整合しており、トップ磁気モーメントの上限は$ \mu_t^{\text{MDM}} < 1.73 \times 10^{-3}\,\text{GeV}^{-1} $である。
• モデルは、ILCでヒッグス＝フェルミオンカップリングを1%未満の精度で探査可能であると予測しており、実験的検証の主要なターゲットとなる。