[論文レビュー] Complementarity of LHC and EDMs for Exploring Higgs CP Violation

Chien-Yi Chen, S. Dawson+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 37被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、2つのヘキス・ダブレット・モデル（2HDM）におけるヒッグス系におけるCP対称性の破れを制限する上で、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のヒッグス粒子測定と電気双極モーメント（EDM）実験の相補性を調査する。LHCにおける重いヒッグス粒子探索がCP対称性の破れパラメータに対してより強い制限を与えるのに対し、EDMは補足的な制限を提供し、126 GeVのヒッグス粒子のCP奇成分に対する結合上界が得られる。

ABSTRACT

We analyze the constraints on a CP-violating, flavor conserving, two Higgs doublet model from the measurements of Higgs properties and from the search for heavy Higgs bosons at LHC, and show that the stronger limits typically come from the heavy Higgs search channels. The limits on CP violation arising from the Higgs sector measurements are complementary to those from EDM measurements. Combining all current constraints from low energy to colliders, we set generic upper bounds on the CP violating angle which parametrizes the CP odd component in the 126 GeV Higgs boson.

研究の動機と目的

• LHCヒッグス測定とEDM実験から、フレーバー保存型の2ヒッグスダブルレット・モデル（2HDM）におけるCP対称性の破れパラメータに及ぼされる制限を評価すること。
• 重いヒッグス粒子探索とヒッグス結合フィット、EDM測定からの制限の相対的な強さを評価すること。
• 加速器実験と低エネルギー実験のデータを組み合わせて、126 GeVのヒッグス粒子におけるCP奇成分の結合上界を導出すること。
• LHCヒッグスデータ、EDM、斜めパラメータ、およびg-2が2HDMにおけるCP対称性の破れ位相を制限する上でどのように相互に作用するかを検討すること。
• 特にヒッグス結合が標準模型（SM）に類似する「アライメント・リミット」において、CP対称性の破れに関する既存の制限を更新・精緻化すること。

提案手法

• フレーバー変換を抑制するため、ソフトに破壊されたZ2対称性を持つCP対称性の破れを伴う2HDMを分析する。
• LHCで測定されたヒッグス粒子の生成および崩壊断面積を用いて、混合角およびCP対称性の破れ位相を制限する。
• LHCにおける重いヒッグス粒子探索チャネル（例：bb、ττ、WW、ZZ）の制限を用いて、パラメータ空間を制限する。
• 低エネルギーEDM測定（特に電子EDM）を用いて、ヒッグス結合の虚数部を制限する。
• ヒッグス結合フィット、重いヒッグス探索、EDM、斜めパラメータ、g-2の制限を統合し、CP奇混合角のグローバル上界を導出する。
• トップおよびボトムクォークのループを介したEDMのループ補正を用い、有効なヒッグス-フェルミオン結合およびループ関数の解析的表現を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCヒッグス結合測定は、2HDMにおける126 GeVのヒッグス粒子のCP奇成分にどのように制限を加えるか？
• RQ2 2HDMにおいて、重いヒッグス粒子探索とEDM測定からの制限の相対的な強さはどのようになるか？
• RQ3 パラメータ空間のどの領域で、LHCにおける重いヒッグス粒子探索がCP対称性の破れに対して最も厳しい制限を与えるか？
• RQ4 2HDMのアライメント・リミットにおいて、ヒッグス結合フィットとEDMの制限はどのように比較されるか？
• RQ5 すべての現在のデータを統合した場合、126 GeVのヒッグス状態におけるCP対称性の破れ混合角の結合上界は何か？

主な発見

• LHCにおける重いヒッグス粒子探索は、特にtanβが小さい場合、ヒッグス結合測定よりも2HDMにおけるCP対称性の破れに対してより強い制限を与える。
• アライメント・リミットでは、126 GeVのヒッグス粒子がほぼ標準模型（SM）に類似しているため、ヒッグス結合フィットからの制限は弱く、EDMが主なプローブとなる。
• EDM測定、特に電子EDM実験から得られる結果が、2HDMにおけるヒッグス結合の虚数部に対する最も厳しい制限を提供する。
• LHCヒッグスデータとEDM制限を組み合わせることで、126 GeVのヒッグス粒子におけるCP奇混合角の一般的な上界が得られ、個別の制限を上回る改善が達成される。
• 軽いcharged Higgs粒子を有するパラメータ空間の領域では、LHCの重いヒッグス探索チャネル（例：H→bb、H→ττ）がCP対称性の破れの制限において支配的である。
• 本研究は、2HDMにおけるCP対称性の破れに関する既存の制限を更新・精緻化し、EDMと重いヒッグス探索が相補的であることを示しており、単一のチャネルだけでは全体像を捉えることはできない。