[论文解读] Precision Higgs Masses with FeynHiggs 2.2

Thomas Hahn, W. Hollik+2 more|ArXiv.org|Jul 1, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本论文介绍了 FeynHiggs 2.2，一种用于在最小超对称标准模型（MSSM）中进行希格斯 boson 质量及相关可观测量的高精度计算工具，整合了最先进的高阶量子修正。该工具通过 Fortran 库、命令行、Mathematica 和网页接口，实现了对最轻希格斯玻色子质量 $M_h$ 的精确预测，目标实验不确定性为 $\delta M_h^{\text{exp}} \approx 0.05$ GeV，适用于国际线性对撞机（ILC）。

ABSTRACT

FeynHiggs is a program for computing MSSM Higgs-boson masses and related observables, such as mixing angles, branching ratios, and couplings, including state-of-the-art higher-order contributions. The centerpiece is a Fortran library for use with Fortran and C/C++. Alternatively, FeynHiggs has a command-line, Mathematica, and Web interface. The command-line interface can process, besides its native format, files in SUSY Les Houches Accord format. FeynHiggs is an open-source program and easy to install.

研究动机与目标

• 为最小超对称标准模型（MSSM）中的最轻希格斯玻色子质量 $M_h$ 提供精确的理论预测，这对于区分超对称模型与标准模型至关重要。
• 解决 MSSM 中希格斯质量对量子修正高度敏感的问题，需借助先进的辐射修正以实现精确预测。
• 通过提供满足实验对比所需 $\sim$0.05 GeV 精度水平的理论预测，支持国际线性对撞机（ILC）的物理计划。
• 提供一种用户友好、开源且易于安装的工具，适用于多种编程和接口环境，实现高精度希格斯 sector 计算。
• 在统一框架中实现希格斯耦合、分支比、混合角以及约束量如 $\Delta\rho$ 和 $(g-2)_{\text{SUSY}}$ 的计算。

提出的方法

• FeynHiggs 2.2 的核心是一个静态 Fortran 77 库（libFH.a），通过包含自能量修正的完整传播子矩阵对角化，计算希格斯质量与混合参数。
• 该程序采用一阶有效势方法，包含完整的两阶修正至希格斯势，涵盖主要和次级对数项。
• 实现了复杂的、非最小的、具有味破坏的 MSSM 希格斯 sector，支持 CP 破坏相位以及三个中性希格斯态 $h_1, h_2, h_3$ 之间的混合。
• 支持多种输入格式：原生 FeynHiggs 格式、SUSY Les Houches 协定（SLHA）格式，以及通过 API 函数的直接参数输入。
• 提供四种运行模式：库模式（用于 C/C++ 和 Fortran）、命令行模式、通过 MathLink 与 Mathematica 集成的模式，以及用于交互使用的网页接口（FHUCC）。
• 计算包括 $(g-2)_{\text{SUSY}}$、$\Delta\rho$ 和电偶极矩（初步）的完整一阶与主导/次级两阶修正，以及希格斯产生截面和衰变分支比。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于给定的一组输入参数，FeynHiggs 2.2 在包含完整两阶辐射修正的情况下，对最轻希格斯玻色子质量 $M_h$ 的精确预测值是多少？
• RQ2 CP 破坏相位和味破坏参数如何影响 MSSM 中中性希格斯玻色子的混合与质量谱？
• RQ3 FeynHiggs 2.2 软件包在多大程度上能够再现国际线性对撞机（ILC）预期的 $\sim$0.05 GeV 实验精度？
• RQ4 当使用完整两阶修正计算时，电弱精度可观测量如 $\Delta\rho$ 和 $(g-2)_{\text{SUSY}}$ 如何约束 MSSM 参数空间？
• RQ5 FeynHiggs 2.2 工具能否在广泛的 MSSM 基准情景下可靠地计算希格斯分支比、耦合和产生截面？

主要发现

• 在示例计算中，FeynHiggs 2.2 软件包对最轻希格斯玻色子质量的理论不确定性约为 $\delta M_h \approx 0.92$ GeV，此时 $M_h \approx 117.19$ GeV。
• 该程序成功计算了三个中性希格斯态的完整混合矩阵 $U_{ij}$，包括 CP 破坏效应，示例显示 $U_{11} \approx 0.9959$，$U_{12} \approx 0.0905$，$U_{13} \approx 0.0000$，表明其主要为 $h^0$-样态。
• 有效混合角 $\alpha_{\text{eff}}$ 计算结果为 $-0.3650$，反映了示例情景下的 CP 保守混合。
• 在同一基准情景下，程序预测带电希格斯玻色子质量为 $M_{H^\pm} \approx 212.66$ GeV，重的 CP 奇态希格斯玻色子质量为 $M_{A^0} = 200.00$ GeV。
• 分支比与耦合计算结果与 MSSM 和 SM 希格斯样衰变一致，包括 $h_{1,2,3} \to b\bar{b}, \gamma\gamma, WW^*, ZZ^*, gg$，以及 $\tilde{f}\tilde{f}$ 最终态。
• 该工具支持高级约束如 $\Delta\rho$ 在 $\mathcal{O}(\alpha, \alpha\alpha_s)$ 精度下，以及包含完整一阶与主导两阶修正的 $(g-2)_{\text{SUSY}}$，支持高精度模型检验。