[論文レビュー] H o\gamma\gamma in the Complex Two Higgs Doublet Model

Abdesslam Arhrib, Chuan-Hung Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、明示的CP違反を伴う複素2Higgs二重項模型（c2HDM）におけるH→γγ衰えの研究を行い、大きなCP違反位相が二光子衰え率を最大3倍に増幅させるとともに、b̄b衰えを抑制することを示している。これは125 GeVにおけるLHCの二光子過剰と整合的である。さらに、光子の偏光におけるCP非対称性は最大10%に達することが示され、国際線形衝突器でテスト可能である。

ABSTRACT

We explore the parameter regions in the complex Two Higgs Doublet Model (c2HDM) with explicit CP violation that can describe current LHC hints for one or more Higgs boson signals at 125 GeV. Such a simple extension of the Standard model has three neutral Higgs bosons and a pair charged Higgs and leads to rich CP-violating sources including the CP-even CP-odd mixing of the neutral Higgs bosons. Within this model we present the production of light Higgs boson at the LHC followed by its decay into two photons. Our numerical study takes into account theoretical and experimental constraints on the Higgs potential like positivity, unitarity and perturbativity as well as $\ ho$-parameter, $b\ o s\\gamma$ and $R_b$. These requirement together with the minimum conditions could explain the di-photon excess observed at the LHC. We also discuss the effects of the CP violating phases on the CP violation observable which is the difference between left-circular and right-circular polarization.

研究の動機と目的

• LHCデータにおける125 GeVにおける観測された二光子過剰を、明示的CP違反を伴う拡張されたヒッグス系で説明すること。
• c2HDMにおける複素ヤクバイカップリングおよびCP違反位相が、ヒッグス生成および崩壊断面積、特にH→γγに与える影響を調査すること。
• ヒッグス崩壊におけるCP違反の素粒子物理学的意味を、特に二光子最終状態における偏光非対称性に焦点を当てて探求すること。
• 理論的および実験的制約を満たし、観測されたH→γγ信号強度を再現できるc2HDMの妥当なパラメータ領域を同定すること。

提案手法

• 本研究では、ヒッグスポテンシャルに複素パラメータ（複素ヤクバイカップリングおよびCP違反位相を含む）を有する複素2Higgs二重項模型（c2HDM）を採用している。
• ヒッグス系には3つの中性ヒッグスボソン（軽いCP偶性に近い状態h₁）と電荷付きヒッグス対が含まれており、複素カップリングに起因するCP偶性およびCP奇性成分の混合が生じる。
• 理論的制約として正定性、ユニタリティ、摂動的安定性、ρパラメータに加え、b→sγおよびRbからの実験的制限を含めた分析が行われている。
• 信号強度比Rγγは、Rγγ = [σ(pp→h₁) × Br(h₁→γγ)] / [σ(pp→h) × Br(h→γγ)]_SMとして、幅が狭い近似を用いて計算されている。
• CP非対称性A₊₋は、左回りおよび右回りの円偏光光子への崩壊率の差として定義され、H→γγモードにおける直接CP違反を定量化する。
• c2HDMのパラメータ空間における数値スキャンが実施され、CP違反位相α₁およびα₂を変化させつつ、m_h₁ = 125 GeVおよびtanβ = 1.5を固定している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCデータにおける125 GeVにおける観測された二光子過剰は、明示的CP違反を伴う複素2Higgs二重項模型（c2HDM）で説明可能か？
• RQ2 複素ヤクバイカップリングおよびCP違反位相は、H→γγの崩壊断面積を増幅させると同時にH→bb̄を抑制する役割を果たすか？
• RQ3 ユニタリティ、摂動的安定性、ρパラメータなどの理論的制約は、c2HDMにおける妥当なパラメータ空間をどの程度制限するか？
• RQ4 H→γγ崩壊における最終状態光子の偏光におけるCP非対称性（A₊₋）は、どの程度生成可能であり、将来の衝突器で測定可能か？
• RQ5 Rγγ、RWW、Rbbの間にはどのような相関関係があるか？大きなRγγがSMに類似したRbbと同時に成立しうるか？

主な発見

• 軽いヒッグスボソンh₁の信号強度Rγγは、c2HDMにおいて最大約3に達することが示された。これは125 GeVにおける観測された二光子過剰を説明する。
• Rγγの大きな増幅は、h₁→bb̄崩壊モードの抑制と相関しており、Rγγが増幅される一方でRbbが標準模型の予測と整合的であるパラメータ領域が存在する。
• 二光子最終状態におけるCP非対称性A₊₋は、c2HDMのパラメータ空間の特定領域で最大10%に達することが示された。これは複素ヤクバイカップリングおよびオンシェル中間状態からの強い位相に起因する。
• Rγγの増幅は主にCP偶性およびCP奇性ヒッグス成分間の混合に起因し、これがWボソンのループ寄与をH→γγに修正している。
• RγγとRWWの間には概ね線形な相関関係が見られ、h₁WWカップリングが減少する際に両崩壊モードが同時に増幅されることを示している。
• ρパラメータ、ユニタリティ、およびb→sγおよびRbなどの精度電弱観測量からの制約を適用した後も、モデルは妥当性を保ち、許容可能なパラメータ空間が狭められた。