[论文解读] Suggestions for Improved Benchmark Scenarios for Higgs-Boson Searches at LEP2

Marcela Carena, S. Heinemeyer+2 more|ArXiv.org|Dec 2, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 62

一句话总结

本文在最小超对称标准模型（MSSM）框架下，为LEP2实验中的希格斯玻色子搜寻提出了三个改进的基准情景，重点在于固定顶夸克质量（$m_t = 175$ GeV）和超对称尺度（$M_{\text{SUSY}} = 1$ TeV）时，最大化轻的CP偶性希格斯玻色子质量 $m_h$。提出了 $m_h^{\text{max}}$ 情景以定义 $m_h$ 的理论上限作为 $\tan\beta$ 的函数，并引入一种新的大-$\mu$情景，可在 $b\bar{b}$ 末态衰变分支比被抑制的情况下，实现 $m_h$–$\tan\beta$ 平面的完整覆盖，尽管存在探测挑战。

ABSTRACT

We suggest new benchmark scenarios for the Higgs-boson search at LEP2. Keeping m_t and M_SUSY fixed, we improve on the definition of the maximal mixing benchmark scenario defining precisely the values of all MSSM parameters such that the new m_h^max benchmark scenario yields the parameters which maximize the value of m_h for a given tan(beta). The corresponding scenario with vanishing mixing in the scalar top sector is also considered. We propose a further benchmark scenario with a relatively large value of |mu|, a moderate value of M_SUSY, and moderate mixing parameters in the scalar top sector. While the latter scenario yields m_h values that in principle allow to access the complete M_A-tan(beta)-plane at LEP2, on the other hand it contains parameter regions where the Higgs-boson detection can be difficult, because of a suppression of the branching ratio of its decay into bottom quarks.

研究动机与目标

• 在MSSM框架下，为LEP2实验中的希格斯玻色子搜寻定义更精确且物理动机更强的基准情景。
• 确定在固定 $m_t$ 和 $M_{\text{SUSY}}$ 条件下使 $m_h$ 最大的参数配置，从而导出 $m_h^{\text{max}}$ 基准情景。
• 提出一种新的大-$\mu$情景，使LEP2实验能够实现 $m_h$–$\tan\beta$ 平面的完整覆盖，尽管存在潜在探测困难。
• 评估标量顶夸克扇区的混合效应及胶微子质量对 $m_h$ 预测和希格斯玻色子探测的影响。
• 指出 $BR(h \to b\bar{b})$ 或 $BR(H \to b\bar{b})$ 显著抑制的区域，强调需依赖其他衰变道进行搜寻。

提出的方法

• 通过在固定 $m_t$、$M_{\text{SUSY}}$ 和 $\tan\beta$ 条件下，对 $X_t$ 和 $X_b$ 进行最大化，定义 $m_h^{\text{max}}$ 基准情景。
• 利用 FeynHiggs 和 subhpole 程序计算 $m_h$，包含两圈修正、超对称QCD效应及方案依赖性。
• 引入一种新的大-$\mu$情景，设定 $|\mu| \sim 500$ GeV，中等 $M_{\text{SUSY}}$ 和中等 $X_t$，以探索更广的参数覆盖范围。
• 通过 $\sin^2(\beta - \alpha)$ 和 $\cos^2(\beta - \alpha)$ 的依赖关系分析 $e^+e^- \to hZ$、$HZ$、$hA$ 的产生截面，以评估动力学可达性。
• 利用关系式 $m_h^2 \sin^2(\beta - \alpha) + m_H^2 \cos^2(\beta - \alpha) = m_h^2|_{M_A^2 \gg M_Z^2}$ 将混合角与 $m_h$ 的上限联系起来。
• 引入两圈修正对 $\Delta\rho$ 的贡献，用作一致性检验，并评估其与标准模型精密测量观测值的偏离程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在固定 $m_t$ 和 $M_{\text{SUSY}}$ 条件下，MSSM 中 $m_h$ 的最大可能值是多少？其作为 $\tan\beta$ 的函数如何变化？
• RQ2 标量顶夸克混合（$X_t$）如何影响 $m_h$ 的预测以及LEP2实验中希格斯玻色子的可探测性？
• RQ3 能否定义一种基准情景，使LEP2实验在 $b\bar{b}$ 衰变模式可能被抑制的情况下，仍能实现 $m_h$–$\tan\beta$ 平面的完整覆盖？
• RQ4 大 $|\mu|$ 参数对LEP2实验中希格斯玻色子产生和衰变率有何影响？
• RQ5 在哪些参数区域中，$h \to b\bar{b}$ 衰变分支比被抑制？这如何影响其发现潜力？

主要发现

• 在 $m_t = 175$ GeV 和 $M_{\text{SUSY}} = 1$ TeV 条件下，$m_h^{\text{max}}$ 基准情景实现了理论上限 $m_h \lesssim 130$ GeV，若 $m_t$ 增加 5 GeV，修正可使该上限提升约 5 GeV。
• 无混合情景（$X_t = 0$）下获得的 $m_h$ 低于 $m_h^{\text{max}}$ 情景，量化了顶夸克超伴子混合的影响。
• 新大-$\mu$ 情景可使 $m_h$ 达到约 107 GeV，使得在中等 $M_{\text{SUSY}}$ 和 $X_t$ 条件下，LEP2 实验可实现 $m_h$–$\tan\beta$ 平面的完整覆盖。
• 在大-$\mu$ 情景中，当 $\tan\beta$ 较大时，$BR(h \to b\bar{b})$ 和 $BR(H \to b\bar{b})$ 可能显著抑制，从而降低探测灵敏度。
• $e^+e^- \to hZ$、$HZ$、$hA$ 的产生截面因混合角的互补抑制而保持动力学可达性，确保至少一个通道仍可探测。
• 在大-$\mu$ 情景的某些区域，两圈修正对 $\Delta\rho$ 的贡献超过 $10^{-3}$，表明其可能与电弱精密测量数据存在张力。