[论文解读] Bounds on the Higgs Mass in Variations of Split Supersymmetry

Rakhi Mahbubani|ArXiv.org|Aug 8, 2004

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 8被引用 16

一句话总结

本文通过分析规范耦合在重整化群演化中的行为，建立了广义分隔超对称场景下希格斯玻色子质量的模型无关上限与下限。下限由真空稳定性决定（要求希格斯自耦合不变得过负），上限由规范耦合在大统一尺度前保持微扰性决定，表明物理希格斯质量介于110 GeV至400 GeV之间，具体取决于是否存在新物质及汤川耦合。

ABSTRACT

We investigate the limits on the higgs mass in variations of Split Supersymmetry, where the boundary value of the Higgs quartic coupling at the SUSY breaking scale ($m_s$) is allowed to deviate from its value in the minimal model of Arkani-Hamed and Dimopoulos. We show that it is possible for $λ(m_s)$ to be negative and use vacuum stability to put a lower bound on this coupling, and hence on the mass of the physical higgs. We also use the requirement of perturbativity of all couplings up to the cutoff to determine an upper limit for the higgs mass in models which are further modified by additional matter content. For $m_s\geq 10^6$ GeV we find 110 GeV $\lesssim m_h\lesssim 280$ GeV if the new matter is not coupled to any Standard Model field; and 110 GeV $\lesssim m_h\lesssim 400$ GeV if it has Yukawa couplings to the higgs.

研究动机与目标

• 确定在希格斯四次耦合在超对称破缺尺度处可偏离最小模型的广义分隔超对称模型中，希格斯玻色子质量的允许范围。
• 探讨弱尺度处的新物质内容（包括解耦与汤川耦合的物质）对希格斯质量限制的影响。
• 利用真空稳定性和微扰性（至大统一尺度）作为关键物理原理，推导出模型无关的约束条件。
• 为基于分隔超对称原则构建的理论提供可证伪的希格斯质量预测。

提出的方法

• 使用单圈重整化群方程（RGEs）分析超对称破缺尺度 m_s 处的希格斯四次耦合 λ(m_s)。
• 通过要求虚假真空衰变速率小于哈勃速率来保证真空稳定性，从而导出 |λ(m_s)| 的下限。
• 通过要求所有耦合在大统一尺度前保持微扰性，推导出 λ(m_s) 的上限。
• 通过在弱尺度处引入 N 个完整的 SU(5) 多重态（5 + 5̄）或（5 + 5̄ + 10 + 10̄）扩展模型，并考虑其与希格斯的汤川耦合。
• 通过 RGE 追踪 λ 的跑动，其贡献来自规范耦合、顶夸克类汤川耦合以及希格斯自耦合。
• 通过将耦合演化至弱尺度并求解有效势的最小值，计算物理希格斯质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 当 m_s 处的希格斯四次耦合可为负时，分隔超对称中希格斯质量的最小允许值是多少？
• RQ2 弱尺度处的附加物质多重态如何影响分隔超对称中希格斯质量的上限？
• RQ3 在微扰模型中，新费米子与希格斯之间的汤川耦合在多大程度上可提升希格斯质量？
• RQ4 当包含高阶修正（如两圈 RGE）时，希格斯质量限制的鲁棒性如何？
• RQ5 尽管引入了新的重费米子，该模型在多大程度上仍与精确电弱数据一致？

主要发现

• 当 m_s ≥ 10^6 GeV 时，希格斯质量的下限约为 110 GeV，由真空稳定性条件决定，即要求希格斯自耦合不过分负。
• 当在无汤川耦合的情况下引入额外的 SU(5) 多重态（5 + 5̄）时，希格斯质量的上限为 280 GeV。
• 当新物质包含与希格斯的汤川耦合时，由于对希格斯自耦合跑动的正向增强贡献，上限提高至 400 GeV。
• 下限与 LEP-II 的排除极限一致，后者排除了低于 ~115 GeV 的希格斯玻色子，表明在 λ(m_s) 略为负的模型中，115 GeV 的希格斯玻色子仍可被容纳。
• 上限对新物质 sector 中顶夸克类汤川耦合的边界值敏感，较大的耦合会使希格斯质量更高。
• 若新费米子足够重，或在新汤川耦合中引入宇称对称性（custodial symmetry），则模型仍与精确电弱数据一致。