[論文レビュー] Prediction of the light CP-even Higgs-Boson Mass of the MSSM: Towards the ILC Precision

Thomas Hahn, S. Heinemeyer+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、固定順序の1ループおよび2ループ補正と、トップ/ストップ系からの主要および準主要対数的寄与の全オーダーにわたる再結合を組み合わせることで、MSSMにおける光のCP偶性ヒッグスボソン質量の高精度な予測を提示する。この手法はFeynHiggsコードに実装されており、特にスカラークォークの質量が2 TeVを超える場合に理論的不確かさを顕著に低減し、ILCの50 MeVの精度目標に対して1–2 GeVの範囲内での予測を可能にする。

ABSTRACT

The signal discovered in the Higgs searches at the LHC can be interpreted as the Higgs boson of the Standard Model as well as the light CP-even Higgs boson of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). In this context the measured mass value, having already reached the level of a precision observable with an experimental accuracy of about 500 MeV, plays an important role. This precision can be improved substantially below the level of about 50 MeV at the future International Linear Collider (ILC). Within the MSSM the mass of the light CP-even Higgs boson, M_h, can directly be predicted from the other parameters of the model. The accuracy of this prediction should match the one of the experimental measurements. The relatively high experimentally observed value of the mass of about 125.6 GeV has led to many investigations where the supersymmetric (SUSY) partners of the top quark have masses in the multi-TeV range. We review the recent improvements for the prediction for M_h in the MSSM for large scalar top masses. They were obtained by combining the existing fixed-order result, comprising the full one-loop and leading and subleading two-loop corrections, with a resummation of the leading and subleading logarithmic contributions from the scalar top sector to all orders. In this way for the first time a high-precision prediction for the mass of the light CP-even Higgs boson in the MSSM is possible all the way up to the multi-TeV region of the relevant supersymmetric particles. However, substantial further improvements will be needed to reach the ILC precision. The newly obtained corrections to M_h are included into the code FeynHiggs.

研究の動機と目的

• 国際線形加速器（ILC）で予想される50 MeVの精度に達するため、MSSMにおける光のCP偶性ヒッグスボソン質量の理論的予測を改善すること。
• 特に高質量のスカラークォーク（マルチTeVスケール）の場合に顕著な理論的不確かさを是正すること。
• ILC時代の高精度物理学に求められる、ヒッグス質量予測における理論的不確かさを1GeV未塔レベルにまで低減すること。
• トップ/ストップ系における固定順序摂動論と全オーダー対数的再結合を一貫して組み合わせる手法の実装と検証。
• 3ループ項を含む高次の補正が、MSSMにおけるヒッグス質量予測に及ぼす影響を評価すること。

提案手法

• 2ループの相互作用群方程式（RGEs）を用いて、トップ/ストップ系からの主要および準主要対数的寄与の全オーダー再結合と、固定順序の1ループおよび2ループ補正を組み合わせる。
• 固定順序項と再結合項の間に一貫したマッチング手順を適用し、重複計算を回避するとともに、精度を保証する。
• FeynHiggsコードを用いて、改良された計算を実装し、摂動的補正と再結合効果の両方を組み込む。
• H3mコードとの数値的比較を通じて、3ループ補正およびそれ以上の項の効果を分離する。
• スカラークォーク質量スケール（MS）と混合パラメータに依存するヒッグス質量予測の依存性を評価する。
• トップクォーク質量のパラメトリック不確かさが、最終的なヒッグス質量予測に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高質量のスカラークォークに対して、MSSMにおける光のCP偶性ヒッグスボソン質量予測に全オーダー対数的再結合が及ぼす影響は何か？
• RQ2 O(αt²αs, αt³)の3ループ補正およびそれ以上の高次項は、固定順序結果と比較してヒッグス質量予測にどのように影響を与えるか？
• RQ3 MSSMにおけるヒッグス質量予測の理論的不確かさは、ILCの精度目標（50 MeV）を満たすためにどの程度低減可能か？
• RQ4 混合が無視できる場合、スカラークォーク質量スケール（MS）がヒッグス質量予測にどのように依存するか？
• RQ5 ヒッグス質量予測における理論的不確かさを1GeV未塔に抑えるには、トップクォーク質量のどの程度の精度が必要か？

主な発見

• 主要および準主要対数的寄与の全オーダー再結合を組み込むことで、MS = 10 TeVの場合にヒッグス質量予測が最大2 GeV低下する。これは、MSが高くなるほど効果が顕著になる。
• O(αt²αs, αt³)の3ループ補正を加えると、H3mの固定順序結果と比較して、MS = 10 TeVのときヒッグス質量が約5 GeV低下する。
• スカラークォーク質量が2 TeVを超えると、再結合補正の寄与が著しく増大し、高質量領域では支配的になることが示唆される。
• スカラークォーク系における混合がゼロであっても、MS ≳ 10 TeVの場合に予測されるヒッグス質量は125.6 GeVに達するが、実測値と矛盾するため、このような高質量は不適切である。
• MS < 数TeVの場合、ヒッグス質量予測の内在的理論的不確かさは2 GeV以下に推定されるが、マルチTeVスケールでは依然として不確かさが残る。
• 1GeV未塔の理論的不確かさを達成するには、現在の最先端を超える高次の補正をさらに組み込む必要がある。