[論文レビュー] Charged Higgs discovery potential in the single top mode in 2HDMs

Renato Guedes, Stefano Moretti+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2012

Scientific Research and Discoveries参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、2HDM（2Higgs二重項模型）におけるCP保存型およびCP破れ型のソフトに破れたZ₂対称性を有する場合、14 TeVの陽子-陽子衝突を用いて、単一トップクォーク生成過程における電荷付きヒッグスボソンの発見可能性を調査する。最適化されたイベント選別を用いた分析により、特にタイプIおよびタイプX 2HDMにおいて、(m_H±, tanβ)パラメータ空間の制約が向上することが判明した。m_H± = 140 GeVのとき、最大で13.26の有意水準に達するが、t\bar{t}モードに比べて感度は依然として低い。

ABSTRACT

We discuss the discovery potential of a charged Higgs boson in the single top mode. The models discussed include a CP-conserving and a CP-violating version of the softly broken $Z_2$ symmetric 2HDM potential. We conclude that the single top mode could help to constrain the ($m_{H^\pm}$, $ an β$) plane in several versions of 2HDMs.

研究の動機と目的

• LHCにおける単一トップクォーク生成過程での電荷付きヒッグスボソンの発見可能性を評価すること。
• 単一トップモードが、t\bar{t}生成から得られる制約を上回る形で、2HDMにおける(m_H±, tanβ)パラメータ空間の制約を改善できるかどうかを評価すること。
• ソフトに破れたZ₂対称性を有するCP保存型およびCP破れ型2HDMにおける単一トップチャンネルの感度を分析すること。
• t\bar{t}生成が効果を失う大規模なtanβ領域を探索する可能性を検討すること。

提案手法

• √s = 14 TeVでのtチャネル交換による単一トップ生成（pp → t j → H⁺ b̄ j）をシミュレーション。トップクォーク質量は173 GeVとする。
• 信号生成にはPOWHEGをNLOで、CTEQ6.6M PDFを用い、トップクォークの崩壊にはPYTHIAを適用。
• 運動量およびトポロジーのカットを適用：レプトンpT > 25 GeV、E_T^miss > 20 GeV、bジェット要件、ジェット多重度 ≥2（pT > 15 GeV、|η| ≤ 4.9）、|η| ≥ 2.5のジェット。
• m_H±が90から160 GeVの間、10 GeV刻みで、信号対背景比（S/B）および有意水準（S/√B）を計算。
• BR(t → bH⁺) = 100%およびBR(H⁺ → τ⁺ν) = 100%を仮定し、他のすべてのブランチング比はSM値に設定。
• MSSMおよびタイプX 2HDMの(m_H±, tanβ)平面における95%信頼水準での除外プロットを、複数の統合 luminosity 梱境で生成。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一トップ生成モードは、既存のt\bar{t}チャンネルを超えて、2HDMにおける電荷付きヒッグスボソンの発見領域を拡大できるか？
• RQ2 異なる2HDMタイプにおいて、単一トップモードの感度はt\bar{t}モードに比べて(m_H±, tanβ)平面の制約にどのように寄与するか？
• RQ3 単一トップチャンネルにおいて、m_H±が90から160 GeVの範囲で達成可能な有意水準（S/√B）はどの程度か？
• RQ4 どの(m_H±, tanβ)パラメータ領域で単一トップモードが既存の制約を有意義に改善するか？
• RQ5 t\bar{t}生成が感度を失う大規模なtanβ領域を、単一トップモードが探索可能か？

主な発見

• m_H± = 140 GeVのとき、単一トップモードは最大で13.26の有意水準に達し、S/Bは150.25%に達する。
• m_H± = 140 GeVのとき、1 fb⁻¹の統合 luminosity において、信号イベントは117.1件、バックグラウンドは77.9件である。
• m_H± = 120 GeVのとき、信号対背景比（S/B）は158.26%にピークし、この質量領域で最適な感度を示す。
• 単一トップチャンネルは、特にタイプIおよびタイプX 2HDMにおいて、(m_H±, tanβ)パラメータ空間の制約を向上させるが、t\bar{t}モードに比べて感度は依然として低い。
• 除外プロットから、単一トップモードは、特にt\bar{t}生成が効果を失う大規模なtanβ領域（例：大きなtanβ）において、パラメータ空間の制約に寄与することが示された。
• 大規模なtanβ領域の探索には本手法が有効であるが、gg → H⁺H⁻やVBFプロセスにおける共鳴生成断面積は、多次元パラメータ空間の小さな領域に限定される。