[論文レビュー] A New Indirect Probe of the Higgs Self-Coupling

Matthew McCullough|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、$e^+e^-$衝突機におけるヒッグスの関連生成断面積の次-leading order (NLO)補正を分析することにより、ヒッグス自己結合定数（$h^3$）を間接的に制約する新しい手法を提案する。特定のモデル、特に2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）において、自己結合定数の修正に起因するNLO効果が、leading-order（LO）の修正を上回ることが示され、二ヒッグス生成の閾値以下でも間接的制約が可能となる。これは、直接的な二ヒッグス測定とは補完的である。

ABSTRACT

The Higgs associated production cross section at an $e^+ e^-$ collider is indirectly sensitive to the Higgs self-coupling, $h^3$, at next-to-leading order (NLO). Utilizing this, a new indirect method is proposed for constraining deviations in the self-coupling below the di-Higgs production threshold in certain models. Although this indirect constraint is model-dependent, making it valid only under specific assumptions, meaningful indirect constraints on the self-coupling may be realized. Specific realistic scenarios where the indirect constraint applies are discussed and in particular it is shown that in the well-motivated class of two Higgs-doublet models there exist regions of parameter space in which the NLO effects from a modified self-coupling dominate over the LO modifications, demonstrating a concrete scenario in which large modifications of the Higgs self-coupling may be indirectly constrained using the proposed method. Other models, such as strongly coupled scenarios, are also discussed. The indirect method would give valuable constraints on deviations in the Higgs self-coupling, and would be complementary to the direct measurements possible with di-Higgs production at other colliders, providing precious additional information in the effort to unravel the properties of the Higgs boson.

研究の動機と目的

• 二ヒッグス生成の閾値未満で直接測定が不可能な領域においても、ヒッグス自己結合定数の間接的プローブを開発すること。
• NLO量子補正がヒッグス自己結合定数のずれに敏感になる、モデル固有の条件を同定すること。
• 2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）のような、理論的に動機づけられたモデルにおいて、この方法の実現可能性を示すこと。
• 他の加速器での直接的二ヒッグス生成測定とは補完的な手法を提供すること。
• 強結合系や他の理論的枠組みにおけるこの手法の有効性を検討すること。

提案手法

• $e^+e^-$衝突におけるヒッグス関連生成断面積の次-leading order (NLO) 量子補正を、ヒッグス自己結合定数のプローブとして用いる。
• 自己結合定数$h^3$の修正がNLO振幅に与える影響を分析し、特定のパrameter領域ではLO効果を上回るNLO効果が支配的になることを示す。
• 2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）の文脈でこの手法を適用し、NLO効果が自己結合定数のずれに敏感になるパラメータ領域を同定する。
• NLOとLOの寄与の相対的大きさを比較し、特定のシナリオにおける自己結合定数効果の支配的性を評価する。
• 強結合モデルにおけるこの手法の適用可能性を評価し、自己結合定数のずれに対する感度を検討する。
• 有効場理論フレームワークにおける量子補正の理論的計算に依拠し、$h^3$結合定数への感度を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $e^+e^-$ヒッグス関連生成におけるNLO補正は、二ヒッグス生成の閾値未満でも、ヒッグス自己結合定数の有効な間接的プローブとして機能可能か？
• RQ2 どのモデル枠組みにおいて、修正されたヒッグス自己結合定数に起因するNLO効果が、leading-orderの修正を上回るか？
• RQ3 2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）のどのパラメータ領域で、この手法によりヒッグス自己結合定数の有意な間接的制約が可能か？
• RQ4 他の加速器での直接的二ヒッグス生成測定と比較して、この間接的プローブの感度と補完性はいかがなものか？
• RQ5 この手法は、強結合系や他の標準模型を超える理論枠組みにおいてどの程度適用可能か？

主な発見

• 2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）の特定のパラメータ領域において、自己結合定数の修正に起因するNLO補正が、leading-orderの修正を上回り、間接的制約が可能になる。
• この手法はモデル依存的ではあるが、特定の理論的仮定のもとで意味のあるヒッグス自己結合定数の間接的制約を提供する。
• 二ヒッグス生成が運動的に禁止されている状況でも、このプローブは$h^3$結合定数のずれに敏感である。
• 直接的二ヒッグス測定とは補完的である情報提供を行い、ヒッグスボソンの性質への全体的な感度を高める。
• 強結合系においてもこの手法は適用可能であるが、感度は具体的なモデルパラメータに依存する。
• 解析により、直接生成がない状況においても、NLOにおける量子補正がヒッグス自己結合定数の有効なプローブとして機能することが確認された。