[論文レビュー] h γγCoupling in Higgs Triplet Model

A. Arhrib, Rachid Benbrik+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、標準模型のタイプ-II seesaw拡張であるヒッグス三重項模型（DTHM）において、ヒッグス粒子の二光子崩壊幅（h→γγ）を調査している。単一および二重に帯電したヒッグス粒子（H±およびH±±）のループ効果が、標準模型（SM）と比較してh→γγの崩壊率を顕著に増幅または抑制することが示され、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）で観測された125 GeV近辺の二光子過剰現象を妥当に説明する可能性を示している。また、他の崩壊チャネルではSMに類似した崩壊率を維持している。

ABSTRACT

We investigate Higgs boson decay into two photons in the type-II seesaw model. The rate of $h o γγ$ gets suppressed/enhanced in this model compared to the Standard Model (SM) due to the presence of the singly and doubly charged Higgs $H^\pm$ and $H^{\pm\pm}$.

研究の動機と目的

• ヒッグス三重項模型（DTHM）におけるh→γγ崩壊率を調査すること。DTHMは標準模型のタイプ-II seesaw拡張である。
• LHCで観測された125 GeV近辺の二光子過剰現象が、DTHMにおける新しい帯電ヒッグス状態のループ効果によって説明可能かどうかを特定すること。
• モデルが他のヒッグス崩壊チャネル（例：h→bb̄、τ⁺τ⁻、WW*、ZZ*）においてSMに類似した崩壊率を維持しつつ、h→γγの崩壊率にずれを生じさせられるかどうかを評価すること。
• LHCおよびILCの精度測定データを用いて、DTHMにおけるH±およびH±±ボソンの質量に課される制約を導出すること。

提案手法

• 複素スカラー三重項Δを含むDTHMのスカラーポテンシャルを用い、CP偶性・CP奇性・単一帯電・二重帯電ヒッグス状態を導入する。
• ヒッグス系はλ、λ₁–λ₄、μ、vₜの7つの独立パラメータでパラメータライズされ、摂動的ユニタリティおよび真空安定性からの制約を受ける。
• H±およびH±±ボソンを含むループ図を用いて、部分幅Γ(h→γγ)を計算し、hH±H∓およびhH±±H∓∓の有効カップリングを用いる。
• SM予測との比較のため、Rγγ = Γ(h→γγ)/Γ_SM(h→γγ)という比を用い、これは帯電ヒッグスの質量およびカップリングに依存する。
• Rγγの増幅または抑制が生じる領域を探索するため、(λ₁, λ₄)パラメータ空間における数値スキャンを実施する。
• LHCの二光子除外限界およびILCの精度測定（特に2%の精度でh→bb̄幅を測定可能なγγモード）を用いて制約を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DTHMは、帯電ヒッグス粒子のループ効果によって、LHCで観測された125 GeV近辺の二光子過剰現象を説明可能か？
• RQ2 H±およびH±±の質量とカップリングは、SMと比較してDTHMにおけるh→γγ崩壊幅にどのように影響を与えるか？
• RQ3 DTHMは、他のヒッグス崩壊チャネル（例：h→bb̄、τ⁺τ⁻、WW*、ZZ*）においてSMに類似した崩壊率を維持しつつ、h→γγを抑制または増幅できるか？
• RQ4 現在のLHC二光子除外限界および将来のILC精度測定と整合するH±±およびH±の有効な質量範囲は何か？
• RQ5 ユニタリティおよび真空安定性からの制約を受けるモデルの下で、二光子チャンネルがDTHMと標準模型をどの程度区別できるか？

主な発見

• DTHMでは、特定のパラメータ空間領域において、h→γγ崩壊幅が最大で約2.5倍に増幅される可能性がある。特にH±±およびH±が軽く、λ₁が大きい場合に顕著である。
• m_h ≈ 125 GeVの場合、m_H±± < 200 GeVでλ₁ ≈ 8の領域では、ATLASおよびCMSが報告した観測された二光子過剰現象を説明でき、Rγγ > 1となる。
• 他のパラメータ空間領域、特にλ₄が大きな負の値をとる領域では、h→γγの崩壊率がSMの値を下回り、Rγγ < 1となる。これは、帯電ヒッグスが重くても同様に成立する。
• SMに類似したヒッグスhがSM粒子に対して同じ次数のtreeレベルカップリングを持つため、他のすべてのヒッグス崩壊チャネル（例：h→bb̄、τ⁺τ⁻、WW*、ZZ*）においてSMに類似した崩壊率が維持される。
• 二光子崩壊率の抑制は、LEPが114–115 GeV範囲でSMに類似したヒッグスを除外した理由を説明できる。これは、h→γγの分岐比が低下するためである。
• m_hとm_H±±の相関関係は、(m_H±±, Rγγ)平面において水平帯状のパターンを示し、Rγγが主にH±±およびH±の質量に依存しており、特にSMに類似したhの領域ではm_hにほとんど依存しないことが示された。