[논문 리뷰] Probing Extra Matter in Gauge Mediation Through the Lightest Higgs Boson Mass

Jason L. Evans, Masahiro Ibe외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 11인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 게이지 매개 초대칭(GMSB) 모형에서 작은 A-항으로 인해 일반적으로 훨씬 가벼운 힉스 보손을 예측하는 데 비해, 관측된 약 140 GeV의 힉스 보손 질량을 설명하기 위해 추가적인 벡터-유사 물질 다중구조체—특히 10+\overline{10} 표현형—를 제안한다. 증가된 힉스 질량은 힉스와의 요크형 상호작용을 통해 큰 반사성 보정을 통해 발생하며, 이는 루프 보정을 통해 발생한다. 이로 인해 글루아노 질량이 약 2 TeV 수준이 되어도 LHC 제약 조건과 일치하는 결과를 낳는다.

ABSTRACT

We discuss the implications of the excesses in LHC Higgs boson searches on the gauge mediated supersymmetric standard model, for the mass range 120-140\,GeV. We find that a relatively heavy lightest Higgs boson mass in this range can be reconciled with light SUSY particles, $m_{ m gluino}<2$\,TeV, if there are additional fields which couple directly to the Higgs boson. We also find that the mass of this extra matter can be predicted rather precisely in gauge mediation for a given Higgs boson and gluino mass.

연구 동기 및 목표

• 관측된 힉스 보손 질량(~140 GeV)과 최소 게이지 매개 초대칭(GMSB) 모형이 일반적으로 예측하는 120 GeV 이하의 더 가벼운 힉스 질량 사이의 갈등을 해결하기 위해.
• 표준모형(MSSM)을 초월한 추가적인 벡터-유사 물질이 존재할 경우, 매우 무거운 초대칭 입자들을 요구하지 않고도 증가된 힉스 질량을 설명할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 정밀 전자기적 관측량과 힉스 생성 제약 조건을 이용해 추가 물질 필드의 결합 상수와 질량을 제약함으로써 이러한 모형의 현상학적 타당성을 검토하기 위해.
• 추가 물질이 힉스 세그먼트와 강하게 결합할 경우, 글루아노 질량이 ≤2 TeV이어도 무거운 힉스 질량을 달성할 수 있음을 입증하기 위해.

제안 방법

• 히긴스 히긴시노와의 요크형 상호작용 $ W = H_u \mathbf{10} \mathbf{10} $를 통해 결합하는 추가적인 10+\overline{10} 벡터-유사 물질 다중구조체를 도입하여, 힉스 질량에 대한 큰 반사성 보정을 유도한다.
• 추가 물질을 포함한 1-루프 도형을 사용하여 효과적 힉스 포텐셜과 질량 보정을 계산하며, 특히 힉스 질량 보정에 기여하는 토퍼 유사 쿼크 기여에 초점을 맞춘다.
• 추가 물질에서 기인하는 효과적 힉스-글루온 결합을 유도하며, $ M_T \gg \lambda_u \lambda_d \sin 2\beta v^2 $일 경우 신호 강도가 LHC 데이터와 일치하도록 억제됨을 보여준다.
• 추가 물질의 페르미온 질량 행렬에서 기인하는 S, T, U 정밀 전자기적 파rameter 보정을 평가하며, 소규모 혼합을 가정한 $ \epsilon_i $ 결합을 통해 표준모형과의 혼합을 고려한다.
• 무거운 힉스의 탈리포딩 근사와 진공 분극 함수를 계산하여, 전자기적 정밀도 데이터에 대한 모형 제약 조건을 설정한다.
• $ \tan\beta \sim O(10) $ 및 $ \lambda_u \sim 1 $을 가정하여 반사성 보정을 최대화하면서도 모형이 양자역학적으로 안정되도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 약 140 GeV 수준의 힉스 보손 질량이 LHC의 해상도를 초월하지 않는 글루아노 질량을 요구하지 않고도 게이지 매개 초대칭 붕괴 모형 내에서 설명될 수 있는가?
• RQ2 추가적인 벡터-유사 물질 다중구조체—특히 10+\overline{10}—가 반사성 보정을 통해 가벼운 힉스 보손 질량을 어떻게 증가시키는가?
• RQ3 추가 물질 필드의 결합 상수와 질량이 힉스 보손 질량과 정밀 전자기적 관측량 S, T, U에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 새로운 요크형 상호작용을 통해 무거운 힉스 보손을 달성하면서도, 양자역학적 통합과 자연스러운 초대칭을 유지할 수 있는가?
• RQ5 소규모 $ \epsilon_i $ 결합을 통한 추가 물질과 표준모형 간 혼합에 대한 제약 조건은 무엇이며, 이는 모형의 안정성과 현상학에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 질량이 $ \lambda_u \sim 1 $이고 $ \tan\beta \sim 10 $인 10+\overline{10} 벡터-유사 물질 다중구조체를 추가하면, 글루아노 질량이 $ \lesssim 2 $ TeV일 때도 가벼운 힉스 보손 질량이 140 GeV 이상으로 증가할 수 있다.
• 추가 물질에서 기인하는 힉스 질량 반사성 보정은 크며, 보정은 $ \sim \lambda_u^2 \sin^2\beta v^2 / M_T^2 $ 비례하여 증가한다. 이는 큰 A-항 없이도 무거운 힉스 질량을 달성할 수 있음을 의미한다.
• 추가 물질에서 기인하는 효과적 힉스-글루온 결합은 $ M_T^{-2} $ 비례로 억제되며, $ M_T \gg \lambda_u \lambda_d \sin 2\beta v^2 $일 경우 힉스 신호 강도가 LHC 데이터와 일치함을 보장한다.
• S, T, U 파라미터는 추가 물질의 페르미온 질량 행렬에서 기인하지만, 질량 분리 $ \Delta M \sim \lambda_u \sin\beta v $ 가 $ M_T $ 에 비해 작을 경우 이 보정은 작다.
• 혼합이 작을 경우($ \epsilon_i \sim 10^{-3} $), 천체물리적 제약 조건을 충족하며, 장수하는 전하를 띤 입자가 발생하지 않도록 방지하므로 모형은 타당하다.
• 모형은 빛나는 글루아노가 존재하는 상황에서도 힉스 질량을 140 GeV으로 끌어올릴 수 있음을 예측하며, LHC 힉스 데이터와 최소 GMSB 사이의 갈등을 해결한다.