[论文解读] Higgs boson decays in the Complex MSSM

Karina Williams, G. Weiglein|ArXiv.org|Oct 29, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文在复MSSM中完整计算了Higgs级联衰变 $ h_2 \to h_1 h_1 $ 的一阶圈修正顶点修正，并与FeynHiggs程序提供的两圈自能修正相结合。改进后的理论预测确认了在低 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ 和中等 $ \tan\beta $ 条件下此前未被排除的区域，表明顶点修正显著改变了未被排除参数空间的大小和形状，而此前仅使用自能修正时低估了该区域。

ABSTRACT

The analysis of the Higgs search results at LEP showed that a part of the MSSM parameter space with non-zero complex phases could not be excluded, where the lightest neutral Higgs boson, h_1, has a mass of only about 45 GeV and the second lightest neutral Higgs boson, h_2, has a sizable branching fraction into a pair of h_1 states. Full one-loop results for the Higgs cascade decay h_2 --> h_1 h_1 are presented and combined with two-loop Higgs propagator corrections taken from the program FeynHiggs. Using the improved theoretical prediction to analyse the limits on topological cross sections obtained at LEP, the existence of an unexcluded region at low Higgs mass is confirmed. The effect of the genuine vertex corrections on the size and shape of this region is discussed.

研究动机与目标

• 在具有非零CP破坏相位的复MSSM中，计算Higgs级联衰变 $ h_2 \to h_1 h_1 $ 的完整一阶圈顶点修正。
• 通过引入真实顶点修正（超越自能修正）来改进 $ h_2 \to h_1 h_1 $ 衰变宽度的理论预测。
• 使用更新后的理论预测，重新分析CPX基准情景下的LEP排除极限。
• 评估顶点修正对低 $ M_{h_1} $ 条件下未被排除参数区域的大小和形状的影响。
• 验证完整一阶圈结果相对于Yukawa近似或仅包含费米子/超费米子贡献的顶点修正近似方法的相关性。

提出的方法

• 采用费曼图方法，对 $ h_a \to h_b h_c $ 顶点修正进行了完整的圈阶计算，包含了所有MSSM组分和复相位。
• 计算使用FeynArts和FormCalc实现，结果与FeynHiggs程序提供的两圈自能修正相结合。
• 波函数重正化（Z因子）采用 $ \overline{\text{DR}} $ 方案处理，高阶贡献为保持一致性，来自FeynHiggs。
• 通过在95%置信水平下的逐通道灵敏度分析，将理论预测与LEP拓扑截面极限进行比较。
• 分析采用更新后的CPX基准情景参数，包括 $ m_t = 170.9\,\text{GeV} $，并改变 $ \tan\beta $ 和 $ M_{H^\pm} $。
• 为隔离完整顶点修正的影响，使用Yukawa近似和仅费米子/超费米子贡献的顶点修正等近似方法进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 完整一阶圈顶点修正如何影响复MSSM中衰变宽度 $ \Gamma(h_2 \to h_1 h_1) $？
• RQ2 这些顶点修正对低 $ M_{h_1} $ 条件下未被排除参数区域的大小和形状有何影响？
• RQ3 在CPX情景中，包含完整顶点修正如何改变对LEP排除极限的解释？
• RQ4 不同理论近似方法（如Yukawa近似）与完整一阶圈结果在预测未被排除区域方面有何差异？
• RQ5 顶夸克质量输入值在多大程度上影响未被排除区域的大小？

主要发现

• 完整一阶圈顶点修正的引入显著改变了预测的衰变宽度 $ \Gamma(h_2 \to h_1 h_1) $，尤其在低 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ 区域。
• 使用改进后的理论预测，确认了在 $ M_{h_1} \approx 45\,\text{GeV} $ 和中等 $ \tan\beta $ 条件下存在未被排除的区域，与早期LEP Higgs分析结果一致。
• 未被排除区域的形状和大小对完整顶点修正的引入极为敏感，而Yukawa近似等近似方法会导致显著不同且不准确的区域。
• 当 $ h_2 \to h_1 h_1 $ 主导衰变宽度的区域与未被排除区域重合时，凸显了精确顶点修正对排除极限分析的重要性。
• 若使用更高的顶夸克质量（$ m_t = 174.3\,\text{GeV} $）而非更新后的值（$ m_t = 170.9\,\text{GeV} $），未被排除区域的大小会增大，表明对输入参数具有敏感性。
• 波函数重正化和来自FeynHiggs的高阶修正对于获得准确的壳上S矩阵元以及与实验极限的一致比较至关重要。