[论文解读] Prediction of the light CP-even Higgs-Boson Mass of the MSSM: Towards the ILC Precision

Thomas Hahn, S. Heinemeyer+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用 7

一句话总结

本文通过结合固定阶一阶和二阶修正与顶/停夸克扇区中所有阶数的主导和次主导对数贡献的重求和，提出了在MSSM中对轻CP偶性希格斯玻色子质量的高精度预测。该方法在FeynHiggs代码中实现，显著降低了理论不确定性，特别是在标量顶夸克拉超过2 TeV时，使预测精度达到国际线性对撞机（ILC）50 MeV精度目标的1–2 GeV以内。

ABSTRACT

The signal discovered in the Higgs searches at the LHC can be interpreted as the Higgs boson of the Standard Model as well as the light CP-even Higgs boson of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). In this context the measured mass value, having already reached the level of a precision observable with an experimental accuracy of about 500 MeV, plays an important role. This precision can be improved substantially below the level of about 50 MeV at the future International Linear Collider (ILC). Within the MSSM the mass of the light CP-even Higgs boson, M_h, can directly be predicted from the other parameters of the model. The accuracy of this prediction should match the one of the experimental measurements. The relatively high experimentally observed value of the mass of about 125.6 GeV has led to many investigations where the supersymmetric (SUSY) partners of the top quark have masses in the multi-TeV range. We review the recent improvements for the prediction for M_h in the MSSM for large scalar top masses. They were obtained by combining the existing fixed-order result, comprising the full one-loop and leading and subleading two-loop corrections, with a resummation of the leading and subleading logarithmic contributions from the scalar top sector to all orders. In this way for the first time a high-precision prediction for the mass of the light CP-even Higgs boson in the MSSM is possible all the way up to the multi-TeV region of the relevant supersymmetric particles. However, substantial further improvements will be needed to reach the ILC precision. The newly obtained corrections to M_h are included into the code FeynHiggs.

研究动机与目标

• 为了将MSSM中轻CP偶性希格斯玻色子质量的理论预测提升至与国际线性对撞机（ILC）预期的50 MeV精度相匹配。
• 为解决MSSM中希格斯质量预测的理论不确定性，特别是针对重标量顶夸克（多TeV量级）的情况。
• 将希格斯质量预测的内在理论不确定性降低至亚GeV量级，以满足ILC时代高精度物理的需求。
• 在顶/停夸克扇区中实现并验证固定阶微扰理论与所有阶数对数重求和的一致组合。
• 评估高阶修正（包括三圈项）对MSSM中希格斯质量预测的影响。

提出的方法

• 使用二圈跑代方程（RGEs）将固定阶一阶和二阶修正与顶/停夸克扇区中主导和次主导对数贡献的所有阶数重求和相结合。
• 采用一致的匹配程序将固定阶与重求和贡献结合，避免重复计数并确保精度。
• 使用FeynHiggs代码实现改进后的计算，整合了微扰修正与重求和效应。
• 通过与H3m代码的数值比较，分离出三圈修正及更高阶项的影响。
• 评估希格斯质量预测对标量顶夸克拉质量尺度（MS）和混合参数的依赖性。
• 评估顶夸克质量的参数不确定性及其对最终希格斯质量预测的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在重标量顶夸克情况下，所有阶数对数重求和对MSSM中轻CP偶性希格斯玻色子质量预测的影响是什么？
• RQ2 与固定阶结果相比，三圈修正项O(αt²αs, αt³)及更高阶项对希格斯质量预测的影响如何？
• RQ3 在多TeV量级的标量顶夸克拉质量下，MSSM中希格斯质量预测的理论不确定性能在多大程度上被降低以满足ILC的50 MeV精度目标？
• RQ4 当标量顶夸克拉质量尺度（MS）较大且混合可忽略时，预测的希格斯质量如何依赖于MS？
• RQ5 为实现希格斯质量预测中亚GeV量级的理论不确定性，顶夸克质量需要达到何种精度？

主要发现

• 包含主导和次主导对数贡献的所有阶数重求和，使MS = 10 TeV时的希格斯质量预测降低最多达2 GeV，且在更高MS下效应更显著。
• 与H3m的固定阶结果相比，加入O(αt²αs, αt³)三圈修正项后，MS = 10 TeV时希格斯质量降低约5 GeV。
• 对于标量顶夸克拉质量超过2 TeV的情况，重求和修正显著增大，表明其在高质质量区主导。
• 即使标量顶夸克扇区中混合可忽略，当MS ≳ 10 TeV时，预测的希格斯质量仍达125.6 GeV，这与实测值不符，因而不支持如此高的质量。
• 对于MS < 几TeV的情况，希格斯质量预测的内在理论不确定性现估计为2 GeV或以下，但在多TeV量级仍不确定。
• 要实现亚GeV量级的理论不确定性，需进一步包含当前最先进水平之外的更高阶修正。