Theory predictions for Higgs Physics at the LHC

Laburpena

La partícula descubierta en la búsqueda del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, con una masa de aproximadamente 125 GeV, puede ser identificada como uno de los bosones de Higgs neutrales de varias extensiones supersimétricas del Modelo Estándar de la física de partículas. Evaluamos aquí algunas predicciones para las masas de los bosones de Higgs, mediante el método Feynman-diagramático, en el marco de la extensión supersimétrica mínima del Modelo Estándar, denominada MSSM (por sus siglas en inglés), así como para su generalización al modelo denominado Next-to-MSSM, o simplemente NMSSM. Las predicciones se basan en las contribuciones completas a un loop, complementadas con las correcciones principales a dos loops extraídas de nuestras publicaciones. Estos modelos representan descripciones elegantes y bien motivadas de la fenomenología observada en la física de altas energías, donde en el caso del NMSSM se agrega un campo singlete escalar (junto con su “pareja supersimétrica”) al sector de Higgs con respecto al del MSSM. A fin de comparar con los datos experimentales, es necesario alcanzar el mismo nivel de precisión en las predicciones para las masas de los bosones de Higgs. El sector de Higgs del MSSM contiene cinco grados de libertad físicos, los cuales para el caso de parámetros reales se pueden clasificar en los neutrales CP-pares h y H, el CP-impar neutro A y los bosones de Higgs cargados H^+ y H^-. El bosón de Higgs más ligero, h, se puede identificar con la señal de Higgs neutral del LHC a ~ 125 GeV. La fenomenología de esta partícula depende crucialmente de las propiedades predichas para los otros estados del sector de Higgs del modelo, como por ejemplo la masa de los bosones cargados, M_{H^±}. Analizamos aquí en detalle el cálculo diagramático para esta masa, incluyendo la evaluación de las contribuciones completas a un loop con la adición de correcciones a dos loops de orden O(α_t α_s) tomadas de [arXiv:1306.1156 [hep-ph]]. El resultado a un loop conduce a modificaciones considerables en la predicción de M_{H^±}, alcanzando hasta ~ 8 GeV para valores relativamente pequeños de M_A. Incluso efectos mayores pueden ocurrir dependiendo del signo y el tamaño del parámetro μ, el cual interviene en las correcciones que afectan a la relación entre la masa y el acoplamiento de Yukawa del quark bottom. Para la predicción de las masas de Higgs en el NMSSM, debido al singlete adicional se tienen para el sector de Higgs siete grados de libertad físicos en total, que en el caso de parámetros reales pueden clasificarse como tres bosones CP-pares h_{1,2,3}, dos bosones CP-impares A_{1,2}, y el par de bosones de Higgs cargados H^±. El cálculo para estas masas se realiza es este trabajo tomando en cuenta el NMSSM completo a orden de un loop, complementado por las contribuciones de dos loops a las autoenergías de los bosones de Higgs aproximadas en [arXiv:1601.08100 [hep-ph]] por sus homólogas del MSSM. Tener en cuenta estas correcciones en la predicción de la masa del bosón de Higgs del NMSSM identificable con la señal observada en el LHC es crucial para alcanzar una precisión a un nivel similar al del MSSM. Nuestros resultados se ejemplifican para un escenario genuino del NMSSM. El procedimiento para obtener dicho nivel de precisión para las predicciones teóricas en el marco de ambos modelos incluyó la derivación de la renormalización para los correspondientes sectores de Higgs, la cual se describe en detalle en este trabajo. En el caso del MSSM, se realiza una comparación entre los esquemas de renormalización para los casos real y complejo, mientras que para el NMSSM se consideró el caso CP-conservativo (parámetros reales). Los esquemas de renormalización implementados fueron híbridos de tipo on-shell/DRbar en todos los casos. También se analizan varios aspectos teóricos adicionales del NMSSM. La condición para el “límite al MSSM”, en el cual los resultados MSSM se recuperan del (más general) NMSSM, se derivan analíticamente y se verifican numéricamente para dos escenarios. Además, proponemos un esquema alternativo de renormalización (no publicado aún) para el NMSSM, y se discuten sus características y posibles ventajas. Finalmente, se deriva en detalle una propiedad de simetría de la teoría con respecto a (los signos de) los parámetros genuinos del NMSSM λ y κ.