[论文解读] Higgs-Boson Masses and Mixings in the MSSM with CP Violation and Heavy SUSY Particles

Nicholas A. Murphy, Heidi Rzehak|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文通过有效场论方法，计算了在重超对称粒子存在的CP破坏MSSM中希格斯玻色子的质量谱和混合特性，将MSSM在一阶微扰水平上匹配到低能双希格斯双重模型（2HDM），并通过两圈跑动方程演化参数。研究发现，CP破坏相位可使最轻的希格斯玻色子质量发生数GeV的偏移，且在中性希格斯扇区存在显著的CP混合。

ABSTRACT

We calculate the Higgs-boson mass spectrum and the corresponding mixing of the Higgs states in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). We assume a mass-hierarchy with heavy SUSY particles and light Higgs bosons. To investigate this scenario, we employ an effective-field-theory approach with a low-energy Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) where both Higgs doublets couple to up- as well as down-type fermions. We perform a one-loop matching of the MSSM to the 2HDM and evolve the parameters to the low energy scale by exploiting two-loop renormalization group equations, taking the complex parameters into account. For the calculation of the pole mass, we compare three different options: one suitable for large charged Higgs masses, one for low charged Higgs masses, and one approximation that interpolates between these scenarios. The phase dependence of the mass of the lightest neutral Higgs boson can be sizeable, i.e. on the order of a couple of GeV depending on the scenario. In addition, we discuss the CP composition of the neutral Higgs bosons.

研究动机与目标

• 计算在重超对称粒子场景下CP破坏MSSM中精确的希格斯玻色子质量与混合特性。
• 解决由于重超对称尺度带来的大对数导致的希格斯质量预测中的理论不确定性。
• 以高精度将复参数和CP破坏相位纳入希格斯质量计算。
• 比较不同极质量计算方案在不同带电希格斯玻色子质量下的表现，并在必要时进行插值。
• 评估在复相位存在下中性希格斯玻色子的CP组成。

提出的方法

• 通过在一阶微扰水平上将MSSM匹配到低能双希格斯双重模型（2HDM），采用有效场论方法。
• 使用两圈跑动方程（RGEs）从高能标到低能标演化匹配参数，包括复参数。
• 采用三种不同方法计算希格斯极质量：一种适用于大带电希格斯质量，一种适用于小质量，以及一种插值近似方法。
• 包含一阶自能和真空期望值修正，并正确处理相位，考虑复Yukawa耦合和真空期望值的位移。
• 对W和Z玻色子质量及电荷应用壳层重整化条件，使用一阶自能。
• 使用完整的一阶修正（包括Δr型贡献）将壳层真空期望值转换为$ar{\mathrm{MS}}$方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有重超对称粒子的MSSM中，CP破坏相位如何影响最轻中性希格斯玻色子的质量？
• RQ2 复参数对中性希格斯态的混合模式和CP组成有何影响？
• RQ3 在不同带电希格斯玻色子质量的场景下，不同极质量计算方案的比较结果如何？
• RQ4 来自重超对称尺度的大对数在多大程度上影响希格斯质量预测？它们如何被重加总？
• RQ5 在有效2HDM框架下，CP破坏修正对希格斯质量谱的定量影响有多大？

主要发现

• 最轻希格斯玻色子质量的相位依赖性可高达数GeV，具体取决于CP破坏场景。
• 复参数显著影响中性希格斯玻色子的CP组成，导致CP偶态与CP奇态之间出现非平凡混合。
• 三种不同的极质量计算方法——分别针对大或小带电希格斯质量优化，以及一种插值方案——在参数空间内结果一致。
• 包含复参数的两圈RGEs显著提高了希格斯质量谱预测的准确性和可靠性。
• 顶夸克Yukawa耦合相位的数值效应可忽略不计，因为该相位保持较小，且未显著改变质量矩阵。
• 对真空期望值从壳层到$ar{\mathrm{MS}}$方案的一阶转换被一致应用，确保了精确的匹配条件。