[論文レビュー] A two-Higgs-doublet interpretation of a small Tevatron $Wjj$ excess

John F. Gunion|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、TeVatronデータで観測された小さな $Wjj$ 超過が、$\tan\beta \lesssim 1/5$ の小さな値を持つタイプ-II二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）によって説明可能であると提案している。このモデルでは、重いCP不変ヒッグスボソン $A$ が $A \to H^\pm W^\mp$ と崩壊し、さらに $H^\pm \to cs$ を経て $Wjj$ シグナルを生成する。モデルは、$\gamma\gamma$ および $W^+W^-b\bar{b}$ 終状態において相関するシグナルを予測し、TeVatronでは1–2 pbの断面積、LHCでは約40倍に増幅されるため、既存のLHCデータでテスト可能である。

ABSTRACT

We show that a $Wjj$ excess in Tevatron data could be explained in the context of the standard non-supersymmetric two-Higgs-doublet model for appropriately chosen parameters. Correlated signals in the $γγ$ and $W^+ W^- b \anti b$ final states are predicted and are on the verge of being detectable. The proposed model is most attractive if the cross section for the $Wjj$ excess is $\lsim 1-2\pb$.

研究の動機と目的

• TeVatronデータで観測された $Wjj$ 超過（特に $M_{jj} \sim 140~{\rm GeV}$ の領域）が、非超対称的二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）によって説明可能かどうかを検討すること。
• 非摂動的トップクォークヤウカ係数を必要としない、観測された $Wjj$ 断面積を再現可能な2HDMのパラメータ空間を同定すること。
• LHCでテスト可能な、$\gamma\gamma$ および $W^+W^-b\bar{b}$ 終状態における相関するシグナルを予測すること。
• 精密電弱制約およびフレーバー変換中性現在（FCNC）抑制の観点から、モデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• 樹形FCNCを回避するため、標準的なヤウカカップリングを有するタイプ-II 2HDMを採用し、$\sin(\beta - \alpha) = 1$ を固定することで、最も軽いCP偶性ヒッグス（$h$）が $m_h = 115~{\rm GeV}$ で標準模型に類似した性質を持つことを保証する。
• $gg \to A$ の生成断面積を、$\tan\beta < 1$ の場合にフェルミオンへのカップリングが $\cot\beta$ に比例して増幅されることを考慮し、NLOおよびNNLO補正をHIGLUおよび独自プログラムを用いて計算する。
• $A \to H^\pm W^\mp$ および $H^\pm \to cs$ や $t^*b$ のブランチ比を計算し、$H^\pm \to t^*b \to W^+b\bar{b}$ の非オーバーラップ $t^*$ 崩壊を含めて、$Wjj$ および $WWbb$ 終状態をモデル化する。
• $\gamma\gamma$ および $W^+W^-b\bar{b}$ 終状態の断面積を評価し、$m_A \sim 250-300~{\rm GeV}$ の場合に相関しており、LHCで検出可能であることを示す。
• モデル予測をCDFおよびD0のデータと比較し、非摂動的トップヤウカ係数を必要としない範囲で、$Wjj$ 断面積が $1-2~{\rm pb}$ の範囲で妥当であることを示す。
• 第四世代フェルミオンダブルットが $gg \to A$ 確率に与える影響を検討し、断面積が増幅されるが、ヤウカ係数が摂動的であるように保つために $\tan\beta$ が制限されることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ-II 2HDMで $\tan\beta$ が小さい場合、非摂動的トップクォークヤウカ係数を必要とせずに、TeVatronデータにおける $Wjj$ 超過を説明できるか？
• RQ2 提案された2HDM状況における相関する $\gamma\gamma$ および $W^+W^-b\bar{b}$ 終状態の断面積はどの程度か？
• RQ3 $gg \to A$ の生成断面積はTeVatronとLHCの間でどのようにスケーリングされ、モデルが明確にテスト可能または除外可能になるか？
• RQ4 $m_{H^\pm} \sim 140~{\rm GeV}$ における $H^\pm \to cs$ および $H^\pm \to t^*b$ のブランチ比は何か？ そして、$Wjj$ および $WWbb$ 終状態に与える影響は？
• RQ5 LHCにおける $Wjj$、$\gamma\gamma$、$W^+W^-b\bar{b}$ シグナルの相乗効果によって、このモデルは標準模型や他のBSMモデルと区別可能か？

主な発見

• TeVatronにおける $Wjj$ 超過（断面積 $\sim 1-2~{\rm pb}$）は、$m_A \sim 250-300~{\rm GeV}$ および $\tan\beta \lesssim 1/5$ のタイプ-II 2HDMで説明可能であり、非摂動的トップクォークヤウカ係数を回避できる。
• $gg \to A$ の断面積は $m_A = 250~{\rm GeV}$ および $\tan\beta = 1/5$ の場合に $3.9~{\rm pb}$ に達し、$BR(H^\pm \to cs) \sim 0.2$ と組み合わせることで $Wjj$ シグナルを説明できる。
• モデルは、$m_H \neq m_A$ が $10~{\rm GeV}$ 以上である場合に、$A$ ボソンの $\gamma\gamma$ 率の約30%–40%に相当する相関する $\gamma\gamma$ シグナルを予測し、別個のピークとして検出可能である。
• $W^+W^-b\bar{b}$ シグナルは顕著に予測され、$m_A = 250~{\rm GeV}$ および $\tan\beta = 1/5$ の場合に断面積が $\sim 2.8~{\rm pb}$ に達する。これは $Wjj$ シグナルよりも大きく、直接の $t\bar{t}$ 生産よりも小さいが、検出可能である可能性がある。
• $Wjj$ 断面積はLHCにおいてTeVatronと比較して約40倍に増幅され、$L = 1~{\rm fb}^{-1}$ の統合した統計量でモデルがテスト可能である。
• このモデルは、最小超対称標準模型（MSSM）とは整合しない。$m_A \sim 250-300~{\rm GeV}$ および $\tan\beta \lesssim 1/5$ はMSSMフレームワークでは実現不可能である。