[論文レビュー] $H ightarrow au \mu$ and excess in $t\bar{t}H$: Connecting the dots in the hope for the first glimpse of BSM Higgs signal

Biplob Bhattacherjee, Sabyasachi Chakraborty+1 more|arXiv (Cornell University)|May 11, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 21被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、CMSの$t\bar{t}H$探索で観測された同一スピンの二重ミューオン最終状態における$2.4\sigma$の過剰現象を説明するために、レプトンフレーバー違反を伴うヒッグス崩壊$H \to \mu\tau$が可能性であると提案している。$H \to \mu\tau$崩壊を$\tau$のレプトン的崩壊によって$\mu\mu$ + 遺失エネルギーの連鎖崩壊に結びつけることで、二つの独立した異常を統一的に説明するモデルが得られ、電弱スケールに新しい物理学が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

A recent CMS search for the lepton flavor violating (LFV) decays of the Higgs boson reports an interesting deviation from the standard model (SM). The search conducted in the channel $H ightarrow \mu au_e$ and $H ightarrow \mu au_{ extrm{had}}$ showed an excess of $2.4\sigma$ signal events with 19.7 fb$^{-1}$ data and centre-of-mass energy $\sqrt s=8$ TeV. On the other hand, a search performed by CMS for the SM Higgs boson produced in association with a top quark pair ($t\bar t H$) also showed an excess in the same-sign di-muon final state. In this work we propose, that a lepton flavor violating Higgs decay ($H ightarrow \mu au$) can explain the excess in the same sign di-muon final state in the $t\bar t H$ search. Relying on such non standard Higgs boson decay to explain this excess is of immense interest and might contain hints of new physics at the electroweak scale.

研究の動機と目的

• CMSの$t\bar{t}H$探索における同一スピン二重ミューオン最終状態で観測された$2.4\sigma$の過剰現象を説明すること。
• レプトンフレーバー違反ヒッグス崩壊、特に$H \to \mu\tau$がこの異常を説明できるかどうかを調査すること。
• 以前の別個のCMS探索で観測された$H \to \mu\tau$崩壊モードが、$t\bar{t}H$過剰現象と関連している可能性を検討すること。
• 電弱スケールに存在する一様な新しい物理学機構、すなわち$H \to \mu\tau$が二つの独立した実験的異常を統一的に説明できるかどうかを評価すること。

提案手法

• $H$ボソンが$\mu\tau$最終状態に崩壊する$t\bar{t}H$生成過程を分析し、$\tau$がレプトン的に崩壊して第二のミューオンを生成するプロセスを想定する。
• 連鎖崩壊チェーン$H \to \mu\tau \to \mu\mu + \text{欠損エネルギー}$をモデル化し、同一スピン二重ミューオンの特徴を再現する。
• 過去のCMS探索で得られた$H \to \mu\tau$の$2.4\sigma$過剰現象を、$H \to \mu\tau$の分岐比を制約するための主要な入力として用いる。
• 同一理論的枠組み内で$H \to \mu\tau$崩壊率と$t\bar{t}H$の同一スピン二重ミューオン過剰現象の整合性を評価する。
• 信号の一貫性を評価するために、CMSの$t\bar{t}H$探索と整合する運動量的およびイベント選別基準を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMSの$t\bar{t}H$探索における同一スピン二重ミューオン最終状態の$2.4\sigma$過剰現象は、レプトンフレーバー違反ヒッグス崩壊$H \to \mu\tau$によって説明可能か？
• RQ2 観測された$t\bar{t}H$過剰現象を説明するためには、$H \to \mu\tau$の分岐比がどの程度必要か？
• RQ3 $H \to \mu\tau$崩壊が同時に$H \to \mu\tau$および$t\bar{t}H$異常を説明できる一貫性のある理論的枠組みが存在するか？
• RQ4 $H \to \mu\tau$崩壊モードは、特に同一スピン二重ミューオンチャンネルにおいて、$t\bar{t}H$過程の運動量的シグネチャにどのように影響を与えるか？

主な発見

• $H \to \mu\tau$崩壊モードは、連鎖崩壊$H \to \mu\tau \to \mu\mu + \text{欠損エネルギー}$によって同一スピン二重ミューオン最終状態を生成でき、$t\bar{t}H$過剰現象のシグネチャと一致する。
• 8 TeVの$\sqrt{s}$で19.7 fb$^{-1}$のデータ量で得られた$H \to \mu\tau$の観測$2.4\sigma$過剰現象は、$t\bar{t}H$異常を説明するための妥当な信号率を提供する。
• $H \to \mu\tau$崩壊が実在であると仮定した場合、$t\bar{t}H$の同一スピン二重ミューオンチャンネルにおける信号率は一貫しており、観測された過剰現象と一致する。
• 提案された説明は、電弱スケールに存在する一様な新しい物理学機構（$H \to \mu\tau$）によって、二つの独立した異常（$H \to \mu\tau$および$t\bar{t}H$同一スピン二重ミューオン）を統一的に説明する。