[论文解读] SUSY-QCD corrections to MSSM Higgs boson production via gluon fusion

Margarete Mühlleitner, Heidi Rzehak+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 10

一句话总结

本论文首次计算了在MSSM中通过胶子融合产生CP偶宇称Higgs玻色子（h, H）的完整下一阶修正（NLO）SUSY-QCD修正，包含了顶夸克、底夸克及超夸克圈的完整质量依赖性。研究结果表明，这些修正量级显著，并且当底夸克形式因子在$ύb$方案中进行重整化时，可被$Δ_b$方法准确近似；同时，推导出在大胶fermion质量极限下胶fermion退耦的自洽有效拉格朗日量，验证了对Appelquist-Carazzone退耦定理的遵守。

ABSTRACT

In the MSSM scalar h,H production is mediated by heavy quark and squark loops. The higher order QCD corrections have been obtained some time ago and turned out to be large. The full SUSY QCD corrections have been obained recently including the full mass dependence of the loop particles. We describe our calculation and present first numerical results. We also address the question of the proper treatment of the large gluino mass limit, i.e. the consistent decoupling of heavy gluino effects, and present the effective Lagrangian for decoupled gluinos.

研究动机与目标

• 计算MSSM中通过胶子融合产生CP偶宇称Higgs玻色子（h, H）的完整NLO SUSY-QCD修正。
• 处理大胶fermion质量极限下的正确处理方式，确保与Appelquist-Carazzone退耦定理的一致性。
• 在胶fermion退耦后，推导标量Higgs玻色子与胶子耦合的有效拉格朗日量。
• 提供包含圈粒子全质量依赖性的总截面数值结果。
• 评估在重整化方案依赖性背景下，$Δ_b$近似对SUSY-QCD修正的有效性。

提出的方法

• 通过一阶虚修正与辐射修正过程（如$gg \to gh/H$，$gq \to qh/H$）计算NLO SUSY-QCD修正。
• 在形式因子$A_Q^{h/H}(\tau)$与$A_{\tilde{Q}}^{h/H}(\tau)$中完整包含顶夸克、底夸克及超夸克圈的全质量依赖性，后者由涉及超夸克的三角图推导得出。
• 强耦合常数及夸克/超夸克质量在$\overline{\text{MS}}$方案中进行重整化，共线发散项被吸收进部分子分布函数。
• 通过规范跑动方程与动量减枝方法，推导出胶fermion退耦的有效拉格朗日量，得到夸克Yukawa耦合与超夸克-Higgs耦合之间关系的修正。
• 在胶fermion质量尺度处的匹配条件包含有限的阈值修正与低于$M_{\tilde{g}}$的RGE对数项，确保与退耦定理的一致性。
• 通过使用$\overline{\text{MS}}$-重整化的底夸克形式因子获得数值结果，并与$Δ_b$近似进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MSSM中，全NLO SUSY-QCD修正如何影响$pp \to h/H$通过胶子融合的总截面？
• RQ2 当底夸克形式因子在$\overline{\text{MS}}$方案中重整化时，$\Delta_b$近似是否能准确描述真实的SUSY-QCD修正？
• RQ3 在一致退耦重胶fermion后，Higgs-胶子耦合的正确有效拉格朗日量是什么？
• RQ4 在大胶fermion质量极限下，辐射修正如何改变夸克Yukawa耦合与超夸克-Higgs耦合之间的关系？
• RQ5 所推导的有效理论在大$M_{\tilde{g}}$极限下是否满足Appelquist-Carazzone退耦定理？

主要发现

• 通过胶子融合产生$pp \to h/H$的全NLO SUSY-QCD修正量级显著，且显著依赖于顶夸克、底夸克及超夸克圈的质量。
• 当底夸克形式因子在$\overline{\text{MS}}$方案中重整化时，$\Delta_b$近似能良好描述真实的SUSY-QCD修正。
• 胶fermion退耦后，Higgs-胶子耦合的有效拉格朗日量包含有限的阈值修正与与Appelquist-Carazzone定理一致的对数结构。
• 有效拉格朗日量中的系数$C_{\text{SQCD}} = \frac{37}{6}$在大胶fermion质量极限下定义良好，证实了退耦的一致性。
• 数值结果显示，当超夸克较轻且$\tan\beta$较大时，修正效应最为显著，虚修正与实修正对总截面均有显著贡献。
• 本研究证实，$\overline{\text{MS}}$-重整化的底夸克形式因子能对全SUSY-QCD修正提供可靠且精确的近似。