[论文解读] SusyHD: Higgs mass Determination in Supersymmetry

Javier Pardo Vega, Giovanni Villadoro|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 81被引用 44

一句话总结

该论文提出了SusyHD，一种先进的有效场论（EFT）方法，用于计算MSSM希格斯玻色子质量，引入了改进的阈值修正，使大部分相关参数空间中的理论不确定性低于1 GeV。该研究确认了比以往认为略重的SUSY尺度，并表明在大$ anh\beta$和分裂SUSY情景下，SUSY尺度的上限可被放松，即使在最大混合情况下，125.09 GeV的希格斯质量也约束顶停质量必须超过1 TeV。

ABSTRACT

We present the state-of-the-art of the effective field theory computation of the MSSM Higgs mass, improving the existing ones by including extra threshold corrections. We show that, with this approach, the theoretical uncertainty is within 1 GeV in most of the relevant parameter space. We confirm the smaller value of the Higgs mass found in the EFT computations, which implies a slightly heavier SUSY scale. We study the large tan(β) region, finding that sbottom thresholds might relax the upper bound on the scale of SUSY. We present SusyHD, a fast computer code that computes the Higgs mass and its uncertainty for any SUSY scale, from the TeV to the Planck scale, even in Split SUSY, both in the DRbar and in the on-shell schemes. Finally, we apply our results to derive bounds on some well motivated SUSY models, in particular we show how the value of the Higgs mass allows to determine the complete spectrum in minimal gauge mediation.

研究动机与目标

• 通过包含大$\tan\beta$下底夸克和τ轻子扇区的主要SUSY阈值修正，提高MSSM中希格斯质量计算的精度。
• 将希格斯质量预测的理论不确定性降低至相关参数空间内低于1 GeV。
• 开发一种快速、可靠的计算机代码（SusyHD），用于在$\overline{\rm DR}$和壳层方案下计算希格斯质量及其不确定性，适用于从TeV到普朗克尺度的SUSY。
• 利用测得的125.09 GeV希格斯质量重新评估SUSY尺度的约束，特别是在分裂SUSY和高尺度情景下。
• 利用改进的希格斯质量计算，推导出对最小规范介导和异常介导等良好动机SUSY模型的模型无关约束。

提出的方法

• 该论文采用有效场论（EFT）方法，系统地重求和大对数，并处理SUSY谱中的大质量层次，利用观测到的希格斯质量及LHC的无信号结果。
• 在$\overline{\rm DR}$和壳层（OS）重整化方案下，完整包含顶夸克、顶停、胶微子和反顶夸克的阈值效应，计算希格斯质量的两圈修正。
• 采用壳层方案以确保正确实现渐近自由极限，并控制理论不确定性，特别是在费米子-标量质量分裂较大的分裂SUSY中。
• 关键方程包括两圈$\mathcal{O}(\alpha_t^2)$对希格斯四次耦合的修正，明确给出了两种方案下的$\delta m_{\tilde{t}}^2$、$\delta m_t$和$\Delta\lambda$的表达式。
• 作者推导了SUSY阈值修正对希格斯质量的偏移，包括$\overline{\rm DR}$方案中的非退耦效应及其在壳层方案中的正确抵消。
• 实现了SusyHD代码，用于在全SUSY尺度范围内计算希格斯质量及其不确定性，支持壳层和$\overline{\rm DR}$方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大$\tan\beta$下，包含反底夸克和τ轻子阈值修正对MSSM希格斯质量预测精度有何影响？
• RQ2 在改进的EFT计算下，125.09 GeV的希格斯质量能否在高尺度或分裂SUSY情景中一致实现？
• RQ3 不同方案下的希格斯质量计算理论不确定性如何比较？能否将其降低至1 GeV以下？
• RQ4 即使在最大混合情况下，测得的希格斯质量对顶停质量及其混合程度的约束程度如何？
• RQ5 SusyHD代码能否在全SUSY尺度范围内（包括分裂SUSY和最小规范介导模型）可靠地计算希格斯质量及其不确定性？

主要发现

• 在包含所有主要阈值修正后，MSSM相关参数空间中大部分区域的希格斯质量计算理论不确定性已降低至1 GeV以下。
• EFT计算确认了比以往估计略重的SUSY尺度，125.09 GeV的希格斯质量要求即使在最大混合下顶停质量也必须高于1 TeV。
• 在大-$\tan\beta$区域，反底夸克阈值修正可放松对SUSY尺度的上限约束，使高尺度或分裂SUSY情景成为可能。
• 壳层方案成功抵消了重胶微子带来的非退耦效应，确保了正确的渐近自由极限；而$\overline{\rm DR}$方案则表现出不退耦的幂次修正，无法正确退耦。
• SusyHD代码实现了全SUSY尺度范围（从TeV到普朗克尺度）内快速、精确的希格斯质量计算，验证了其在约束最小规范介导和异常介导模型中的适用性。
• 本研究表明，$m_h = 125$ GeV并不必然意味着SUSY尺度低于$10^{10}$ GeV，高尺度或分裂SUSY情景依然可行。