[论文解读] Higgs Boson Yukawa Form Factors from Supersymmetric Radiative Fermion Masses

Arun M. Thalapillil, Scott Thomas|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 43被引用 5

一句话总结

本文研究了通过软规范对称性破缺项辐射生成费米子质量的超对称模型，导致Higgs-费米子 Yukawa 形因子发生修改，并增强反常磁矩。关键结果表明，此类模型可在Higgs耦合中产生O(1)量级的偏离，并对μ子反常磁矩作出显著且正向的贡献——可能解释3σ的偏差——且无需依赖大tanβ，因此可在LHC和ILC上进行检验。

ABSTRACT

The recent discovery of the Higgs-like resonance at $125\, m{GeV}$ has opened up new avenues in the search for beyond standard model physics. Hints of such extensions could manifest themselves as modifications in the Higgs-fermion couplings and other Higgs related observables. In this work, we study aspects of a class of models where the light fermion masses are radiatively generated. Specifically, we consider models where the light fermion masses, partially or completely, arise from chiral violation in the soft supersymmetry-breaking sector. In these models, the radiatively generated Higgs-fermion Yukawa form factors have non-trivial characteristics and will modify Higgs-fermion couplings from their standard model expectations. A radiatively generated fermion mass could also potentially contribute to large anomalous magnetic moments; this is particularly interesting in the case of the muon where a persistent discrepancy, at the level of around $3\,σ$, has existed between experiment and theory. Deviations in the Higgs-fermion couplings will eventually be probed to high accuracy in the near future, at the LHC and the planned ILC, to less than a percent. The prospect of a large, unknown contribution to the muon anomalous magnetic moment could be reaffirmed as well, in future experiments. All these reasons make it worthwhile to revisit models of radiatively generated fermion masses, and investigate some of their general characteristics in these contexts.

研究动机与目标

• 研究在软Yukawa超对称模型中，通过非平凡Yukawa形因子，辐射生成的费米子质量如何修改Higgs-费米子耦合。
• 评估此类模型解释μ子反常磁矩长期存在的3σ偏差的潜力。
• 评估这些模型在生成第一代和第二代费米子质量的同时，维持真空稳定性的可行性。
• 确定未来对撞机探测预测的Higgs耦合偏离和反常磁矩的实验探测能力。

提出的方法

• 使用维度六算符参数化对标准模型的偏离，特别是涉及$ H^\nu H \bar{f} H f $和$ \bar{f} D^2 H f $的Higgs-fermion Yukawa形因子算符。
• 在软Yukawa模型框架下，推导出辐射生成的费米子质量以及维度六算符的系数，其中手征对称性和U(1)_R对称性由软项破缺。
• 通过计算涉及超粒子和软破缺项的圈图所生成的形因子，计算Higgs-fermion耦合的修正。
• 通过电磁偶极算符分析费米子反常磁矩的贡献，重点关注μ子。
• 利用μ子和顶夸克磁矩的现有实验约束，对模型的参数空间施加限制。
• 通过评估大三线性软项导致色或电荷破坏的势能，评估真空稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准模型相比，软Yukawa模型中Higgs-fermion Yukawa耦合的偏离程度如何？
• RQ2 这些模型中费米子质量的辐射生成是否能对μ子反常磁矩产生显著贡献？
• RQ3 在tanβ依赖性方面，软Yukawa模型中μ子反常磁矩的贡献与MSSM相比如何？
• RQ4 是否存在参数空间区域，使得μ子质量完全通过辐射过程生成，同时保持真空稳定性？
• RQ5 未来对撞机实验（如LHC和ILC）能否探测到Higgs耦合的预测偏离？

主要发现

• 在软Yukawa模型中，Higgs-fermion Yukawa形因子可偏离标准模型O(1)量级，即使超粒子质量适中，也足以在未来的对撞机上探测到。
• μ子反常磁矩的贡献为正且显著，其值处于当前实验偏差的2σ范围内，且对tanβ的依赖性在主导阶下可忽略。
• 该反常磁矩的贡献与费米子质量处于相同的圈阶，避免了树图Yukawa模型中典型的圈抑制，从而产生更显著的贡献。
• 在特定且可行的参数空间区域中，该模型可通过纯粹的辐射过程生成μ子和底夸克质量，且真空为亚稳态。
• 顶夸克磁矩和色磁矩偶极矩的约束与该模型一致，顶夸克磁矩的上限为$ \mu_t^{\text{MDM}} < 1.73 \times 10^{-3}\,\text{GeV}^{-1} $。
• 该模型预测，Higgs与费米子的耦合可在ILC上以亚百分之一的精度探测，使其成为实验验证的首要目标。