[论文解读] SM and MSSM Higgs Boson Production Cross Sections at the Tevatron and the LHC

Thomas Hahn, S. Heinemeyer+3 more|ArXiv.org|Jul 27, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

本论文基于最先进的标准模型（SM）计算和FeynHiggs中实现的有效耦合近似，为费米实验室的Tevatron和大型强子对撞机（LHC）的规范模型（SM）及最小超对称标准模型（MSSM）希格斯玻色子产生截面提供了更新的理论预测。主要贡献在于对四种情景和两个tanβ值下MSSM希格斯产生进行了全面的、以基准为基础的评估，从而实现了实验搜索和参数提取中精确的信号率比较。

ABSTRACT

We present results for the SM and MSSM Higgs-boson production cross sections at the Tevatron and the LHC. The SM cross sections are a compilation of the state-of-the-art theoretical predictions. The MSSM cross sections are obtained from the SM ones by means of an effective coupling approximation, as implemented in FeynHiggs. Numerical results have been obtained in four benchmark scenarios for two values of tan beta, tan beta = 5, 40.

研究动机与目标

• 为Tevatron和LHC上标准模型（SM）希格斯玻色子产生截面提供最新、高精度的理论预测。
• 通过有效耦合近似将这些预测扩展至MSSM，以实现与实验数据的比较。
• 在不同tanβ值下，针对四种基准情景评估MSSM希格斯产生，以指导实验搜索。
• 通过量化关键产生通道中的信号率，支持精确测量和SUSY参数提取。

提出的方法

• SM截面基于最先进的QCD和电弱计算，包括NNLO QCD修正和软胶子重求和。
• 对于MSSM，截面通过SM截面乘以有效耦合或衰变宽度之比获得，如FeynHiggs软件中所实现。
• 有效耦合近似考虑了MSSM特有的希格斯耦合，包括完整的单圈修正以及αs tanβ项的重求和。
• 采用四种基准情景——m_h^max、无混合、胶子不耦合希格斯以及小α_eff——以探索多样的MSSM参数空间。
• 分析包括关键产生模式：胶子融合（gg→h）、矢量玻色子融合（qq→qqh）、与矢量玻色子的关联产生（qq→Vh），以及与顶夸克的关联产生（tth）。
• 理论不确定性已估算，SM截面包含NNLO QCD和NLO电弱修正，但后者未包含在MSSM结果中。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Tevatron和LHC上，SM希格斯玻色子产生截面在不同希格斯质量与产生通道之间如何比较？
• RQ2 在各种基准情景和tanβ值下，MSSM希格斯玻色子的主要产生机制是什么？
• RQ3 MSSM希格斯耦合如何改变相对于SM的产生截面？tanβ对这些改变有何影响？
• RQ4 与完整计算相比，有效耦合近似在预测MSSM希格斯产生率方面的准确性如何？
• RQ5 在不同基准情景和对撞能量下，最轻希格斯玻色子（h）、重希格斯玻色子（H）和赝标量玻色子（A）的截面有何差异？

主要发现

• 在LHC（14 TeV）上，对于所有希格斯质量，胶子融合（gg→h）主导希格斯产生，SM中125 GeV希格斯玻色子的截面最高可达约60 fb。
• 对于MSSM，有效耦合近似成功捕捉了截面随tanβ的变化，H和A玻色子的产生率在高tanβ时显著增加。
• 在m_h^max和无混合情景中，低M_A时h和A的截面相近，而在高M_A时，H和A趋于简并，尤其在tanβ=40时更为明显。
• 胶子不耦合希格斯和小α_eff情景中，光子和矢量玻色子的耦合被抑制，导致Vh和VVh通道的截面显著降低。
• 在tth通道中，由于顶夸克-Yukawa耦合增强，MSSM在高tanβ时截面提升，tanβ=40时的重标因子可达约10。
• 由于有效耦合近似的局限性，特别是涉及顶夸克圈的过程，MSSM截面的理论不确定性估计高于SM。