[論文レビュー] 2HDM confronting LHC data

P. M. Ferreira, Rui Santos+2 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、7および8 TeVのLHCデータを用いて、CP保存型2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）の制約を分析している。標準模型（SM）極限（sin(β−α) = 1）が強く支持される一方で、小さなずれも許容され、タイプII 2HDMではSM極限に近い領域でのみ大きなtanβ値が許容される。sin(β−α) < 0.5は2σで除外される。

ABSTRACT

Almost all data collected at the LHC during the 7 and 8 TeV runs has now been analysed by the ATLAS and CMS collaborations. Its consistency with the Standard Model (SM) predictions has cornered the CP-conserving two-Higgs doublet model (2HDM) into the SM limit, sin (β-α) = 1. However, there are still allowed regions of the 2HDM parameter space away from this limit. In this work we discuss how the 2HDM is performing in view of the LHC data together with the remaining available experimental and theoretical constraints.

研究の動機と目的

• 7および8 TeVのLHCデータを踏まえたCP保存型2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）の妥当性を評価すること。
• ATLASおよびCMSの実験的制約（ヒッグス信号強度およびフラバー物理学を含む）が2HDMにどの程度適合するかを特定すること。
• 特に(sinα, tanβ)および(sin(β−α), tanβ)平面に注目して、2HDMの許容されるパラメータ空間を調査すること。
• 125 GeVのヒッグスボソンの発見が2HDMに与える影響、特にSM極限からの大きなずれが除外されることを検討すること。
• 信号強度比Rfと理論的・現象論的制約を用いて、パラメータ空間を制約すること。

提案手法

• m_h = 125 GeV、90 GeV ≤ m_A ≤ 900 GeV、m_H > m_h、1 ≤ tanβ ≤ 40の条件下で2HDMパラメータ点をランダムに生成する。
• フラバー物理学からの制約を適用：タイプIではm_H± ≥ 900 GeV、タイプIIではm_H± ≥ 360 GeV。
• 最終状態f = γγ, W+W−, ZZ, bb̄の各々について、信号強度比R_f = [σ(pp→h)BR(h→f)]_2HDM / [σ(pp→h_SM)BR(h→f)]_SMを計算する。
• グルーオン融合にはNLO HIGLUを用い、VBF、Vh、tth、およびb̄b融合生成モードを含める。
• 真空安定性およびユニタリティなどの理論的制約を適用し、ソフト破れパラメータM² = m₁₂²/(sinβ cosβ)を用いる。
• ATLASおよびCMSのデータを1σおよび2σの信頼水準で用い、(sinα, tanβ)および(sin(β−α), tanβ)平面における許容領域をマッピングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLASおよびCMSの信号強度測定値は、CP保存型2HDMのパラメータ空間をどの程度制約するか？
• RQ2 LHCデータに加え、フラバーおよび理論的制約を組み合わせた後、sin(β−α)の許容範囲は何か？
• RQ3 同じヒッグス質量であっても、タイプIとタイプII 2HDMモデルでは(sinα, tanβ)平面における許容領域が異なるのはなぜか？
• RQ4 特にタイプII 2HDMにおいて、大きなtanβ値はどの程度LHCデータと整合するか？
• RQ5 ATLASおよびCMSのVV最終状態の信号強度R_VVの中央値が、パラメータ空間における異なる許容領域を生じる理由は何か？

主な発見

• タイプI 2HDMでは、R_ZZが1を超えないため、ATLASデータ解析では1σの点が一切残らないが、R_VV < 1のためCMSでは1σの点が許容される。
• タイプII 2HDMでは、1σおよび2σの許容領域がすべてSM極限sin(β−α) = 1の周辺にきつく制約されており、ATLASでは線の下、CMSでは線の上に点が集中している。
• sin(β−α) < 0.5は2σ信頼水準で除外され、SM極限からの大きなずれは強い矛盾を示している。
• タイプII 2HDMでは、sin(β−α)が1に近い場合にのみ大きなtanβ値が許容され、sin(β−α) < 0.8ではtanβ < 4に制限される。
• 重いヒッグスのゲージボソンへのカップリングはcos(β−α)で支配され、直接のH±探索がなくても、軽いヒッグスのデータで既に制約を受けている。
• ベンチマークモデルの必要性はなく、m_h = 125 GeVを除くすべてのパラメータについてのフルスキャンにより、強固な制約が得られた。