[论文解读] Higgs Decays into Charginos and Neutralinos in the Complex MSSM: A Full One-Loop Analysis

S. Heinemeyer, C. Schappacher|arXiv (Cornell University)|Mar 10, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 57被引用 12

一句话总结

本论文对复数最小超对称标准模型（cMSSM）中希格斯 boson 衰变为带电粒子和中性粒子的全一环计算进行了研究，包括硬 QED 辐射。研究发现，一环修正可达到树图宽度的 10–20%，且相位相关的变化幅度可达两倍之多，强调了这些修正对于 LHC 及未来 $e^+e^-$ 对撞机对重希格斯 boson 和暗物质候选者的精确分析的必要性。

ABSTRACT

For the search for additional Higgs bosons in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) as well as for future precision analyses in the Higgs sector a precise knowledge of their decay properties is mandatory. We evaluate all two-body decay modes of the Higgs bosons into charginos and neutralinos in the MSSM with complex parameters (cMSSM). The evaluation is based on a full one-loop calculation of all decay channels, also including hard QED radiation. We restricted ourselves to a version of our renormalization scheme which is valid for |M_1| < |M_2|, |mu| and M_2 != mu to simplify the analysis, even though we are able to switch to other parameter regions. The dependence of the Higgs boson predictions on the relevant cMSSM parameters is analyzed numerically. We find sizable contributions to many partial decay widths. They are roughly of 10% of the tree-level results, but can go up to 20% or higher. The full one-loop contributions are important for the correct interpretation of heavy Higgs boson search results at the LHC and, if kinematically allowed, at a future linear e+e- collider. It is planned to implement the evaluation of the branching ratios of the Higgs bosons into the Fortran code FeynHiggs, together with an automated choice of the renormalization scheme valid for the full cMSSM parameter space.

研究动机与目标

• 提供复数 MSSM（cMSSM）中希格斯粒子衰变为带电粒子和中性粒子的两体衰变的完整一环评估。
• 评估量子修正（包括硬 QED 辐射）对部分衰变宽度和分支比的影响。
• 分析衰变宽度对关键 cMSSM 参数（尤其是复数相位）的依赖性。
• 为 LHC 和未来 $e^+e^-$ 对撞机中重希格斯玻色子搜索的精确解释提供支持。
• 为集成到 FeynHiggs 代码中做好准备，采用自动化、全参数空间的重整化方案。

提出的方法

• 对 cMSSM 中所有希格斯粒子衰变为带电粒子和中性粒子的两体衰变模式进行了全一环计算。
• 计算中包含了硬 QED 辐射，以处理紫外和红外发散。
• 在 $|M_1| < |M_2|, |\mu|$ 且 $M_2 \neq \mu$ 的区域采用特定的重整化方案，并具备扩展至其他区域的灵活性。
• 数值分析聚焦于重希格斯玻色子，特别关注 $h_1 \to \tilde{\chi}_1^0\tilde{\chi}_1^0$ 对暗物质研究的影响。
• 在将计算设置与先前工作对齐后，通过与现有文献对比验证了结果。
• 该框架设计用于集成到 FeynHiggs 代码中，支持在全 cMSSM 参数空间内自动选择方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 cMSSM 中，希格斯衰变为带电粒子和中性粒子的一环修正的大小和结构如何？
• RQ2 软对称性破缺参数的复数相位（尤其是 $\varphi_{M_1}$）如何影响部分衰变宽度？
• RQ3 QED 修正和重整化方案选择在多大程度上影响衰变宽度的预测？
• RQ4 与树图结果相比，一环修正在量级和参数依赖性方面有何差异？
• RQ5 全一环修正是否可能显著改变 LHC 和 ILC 实验中衰变分支比的解释？

主要发现

• 希格斯衰变宽度对带电粒子和中性粒子的一环修正通常约为树图值的 10%，某些通道甚至达到 20% 或更高。
• 修正对复数相位 $\varphi_{M_1}$ 表现出强烈依赖性，在相位范围内变化幅度约为两倍。
• 衰变 $h_1 \to \tilde{\chi}_1^0\tilde{\chi}_1^0$ 接收了幅度相当的一环修正，对暗物质研究至关重要。
• $H^+ \to \tilde{\chi}_1^+ \tilde{\chi}_1^0$ 与 $H^- \to \tilde{\chi}_1^- \tilde{\chi}_1^0$ 之间的不对称性很小，仅在百分之几的水平。
• 全一环修正对于准确预测分支比至关重要，尤其是在树图宽度较小或动量阈值敏感的情况下。
• 结果计划集成到 FeynHiggs 代码中，支持在全 cMSSM 参数空间内自动选择方案。