Gluon fusion is the main production mechanism for Higgs particles at the LHC. We present the QCD corrections to the fusion cross sections for the Higgs boson in the Standard Model, and for the neutral Higgs bosons in the minimal supersymmetric extension of the Standard Model. The QCD corrections are in general large and they increase the cross sections significantly. In two steps preceding the calculation of the production processes, we determine the QCD radiative corrections to Higgs decays into two photons and gluons.

This review is devoted to the study of the mechanism of electroweak symmetry breaking and this first part focuses on the Higgs particle of the Standard Model. The fundamental properties of the Higgs boson are reviewed and its decay modes and production mechanisms at hadron colliders and at future lepton colliders are described in detail.

Gluon fusion is the main production mechanism for Higgs bosons in pp collisions at LHC and SSC. We present the QCD corrections to the fusion cross section in the Higgs mass range below the top-antitop threshold: gg→H(g), gq→Hq and qq̄→Hg. The QCD corrections increase the cross section σ (pp→H) by about 50%. [We have also determined the QCD corrections to the gluonic width of the Higgs boson H→gg(g) and gqq̄ which, for the intermediate mass range, can be measured in e+e− colliders. The corrections are large, being of the order of 60%.]

The "Snowmass Points and Slopes" (SPS) are a set of benchmark points and parameter lines in the MSSM parameter space corresponding to different scenarios in the search for Supersymmetry at present and future experiments. This set of benchmarks was agreed upon at the 2001 "Snowmass Workshop on the Future of Particle Physics" as a consensus based on different existing proposals.

The second part of this review is devoted to the Higgs sector of the Minimal Supersymmetric Standard Model. The properties of the neutral and charged Higgs bosons of the extended Higgs sector are summarized and their decay modes and production mechanisms at hadron colliders and at future lepton colliders are discussed. Download : Download full-size image

The search for the a Standard Model Higgs boson at the LHC is reaching a critical stage as the possible mass range for the particle has become extremely narrow and some signal at a mass of about 125 GeV is starting to emerge. We study the implications of these LHC Higgs searches for Higgs portal models of dark matter in a rather model independent way. Their impact on the cosmological relic density and on the direct detection rates are studied in the context of generic scalar, vector and fermionic thermal dark matter particles. Assuming a sufficiently small invisible Higgs decay branching ratio, we find that current data, in particular from the XENON experiment, essentially exclude fermionic dark matter as well as light, i.e. with masses below 50 GeV, scalar and vector dark matter particles. Possible observation of these particles at the planned upgrade of the XENON experiment as well in collider searches is discussed.

Preliminary results of the search for a Standard Model like Higgs boson at the LHC with 5 fb-1 data have just been presented by the ATLAS and CMS collaborations and an excess of events at a mass of ~125 GeV has been reported. If this excess of events is confirmed by further searches with more data, it will have extremely important consequences in the context of supersymmetric extensions of the Standard Model and, in particular the minimal one, the MSSM. We show that for a standard-like Higgs boson with a mass 123 < M_h < 127 GeV, several unconstrained or constrained (i.e. with soft supersymmetry-breaking parameters unified at the high scale) MSSM scenarios would be excluded, while the parameters of some other scenarios would be severely restricted. Examples of constrained MSSM scenarios which would be disfavoured as they predict a too light Higgs particle are the minimal anomaly and gauge mediated supersymmetry breaking models. The gravity mediated constrained MSSM would still be viable, provided the scalar top quarks are heavy and their trilinear coupling large. Significant areas of the parameter space of models with heavy supersymmetric particles, such as split or high-scale supersymmetry, could also be excluded as, in turn, they generally predict a too heavy Higgs particle.

The ATLAS and CMS experiments observed a particle at the LHC with a mass $\approx 126$ GeV, which is compatible with the Higgs boson of the Standard Model. A crucial question is, if for such a Higgs mass value, one could extrapolate the model up to high scales while keeping the minimum of the scalar potential that breaks the electroweak symmetry stable. Vacuum stability requires indeed the Higgs boson mass to be $M_H \gsim 129 \pm 1$ GeV, but the precise value depends critically on the input top quark pole mass which is usually taken to be the one measured at the Tevatron, $m_t^{\rm exp}=173.2 \pm 0.9$ GeV. However, for an unambiguous and theoretically well-defined determination of the top quark mass one should rather use the total cross section for top quark pair production at hadron colliders. Confronting the latest predictions of the inclusive $p \bar p \to t\bar t +X$ cross section up to next-to-next-to-leading order in QCD to the experimental measurement at the Tevatron, we determine the running mass in the $\bar{\rm MS}$-scheme to be $m_t^{\bar{\rm MS}}(m_t) = 163.3 \pm 2.7$ GeV which gives a top quark pole mass of $m_t^{\rm pole}= 173.3 \pm 2.8$ GeV. This leads to the vacuum stability constraint $M_H \geq 129.8 \pm 5.6$ GeV to which a $\approx 126$ GeV Higgs boson complies as the uncertainty is large. A very precise assessment of the stability of the electroweak vacuum can only be made at a future high-energy electron-positron collider, where the top quark pole mass could be determined with a few hundred MeV accuracy.

We present the Fortran code SDECAY, which calculates the decay widths and branching ratios of all the supersymmetric particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model, including higher order effects. Besides the usual two-body decays of sfermions and gauginos and the three-body decays of charginos, neutralinos and gluinos, we have also implemented the three-body decays of stops and sbottoms, and even the four-body decays of the stop; the important loop-induced decay modes are also included. The QCD corrections to the two-body decays involving strongly interacting particles and the dominant components of the electroweak corrections to all decay modes are implemented. Title of program: SDECAY Version 1.1a (March 2005) Catalogue identifier: ADVJ Program summary URL: http://cpc.cs.qub.ac.uk/summaries/ADVJ Program obtainable: CPC Program Library, Queen's University of Belfast, N. Ireland Licensing provisions: none Computer for which the program is designed: Any with a Fortran77 system Operating systems under which the program has been tested: Linux, Unix Typical running time: A few seconds on modern personal computers and workstations Programming language used: Fortran77 No. of lines in distributed program, including test data, etc.: 59 621 No. of bytes in distributed program, including test data, etc.: 338 478 Distribution format: tar.gz Memory required to execute (with test data): 7.3 MB Distribution format: ASCII Nature of physical problem: Numerical calculation of the decay widths and branching ratios of supersymmetric particles in the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). The program calculates two-, three- and four-body decays and loop decays. It includes the SUSY-QCD corrections to two-body decays involving strongly interacting particles. The top-quark decays within the MSSM are evaluated as well. Method of solution: Two-dimensional numerical integration of the analytic formulae for the double differential decay widths of the three-body decays. The other decay widths are calculated analytically. Restrictions on the complexity of the problem: In the higher order decay modes the total decay widths of the virtually exchanged (s)particles are not included in their respective propagators. The higher order decays are calculated when the two-body decays are kinematically closed.

We consider the process in which a Higgs particle is produced in association with jets and show that monojet searches at the LHC already provide interesting constraints on the invisible decays of a 125 GeV Higgs boson. Using the existing monojet searches performed by CMS and ATLAS, we show the 95% confidence level limit on the invisible Higgs decay rate is of the order of the total Higgs production rate in the Standard Model. This limit could be significantly improved when more data at higher center of mass energies are collected, provided systematic errors on the Standard Model contribution to the monojet background can be reduced. We also compare these direct constraints on the invisible rate with indirect ones based on measuring the Higgs rates in visible channels. In the context of Higgs portal models of dark matter, we then discuss how the LHC limits on the invisible Higgs branching fraction impose strong constraints on the dark matter scattering cross section on nucleons probed in direct detection experiments.