[論文レビュー] Higgs Signals in a Type I 2HDM or with a Sister Higgs

Daniele S. M. Alves, Patrick J. Fox+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、フェルミオンに結合しないヒッグスダブルレットを備えたタイプI 2HDMまたはシスターヒッグスのシナリオを提案し、ヒッグス粒子のベクトルボソン凝集（VBF）過程によるγγ最終状態での生成を強化すると同時に、フェルミオンへの結合が次数レベルで抑制され、γγ崩壊への寄与はループレベルで生じる。このモデルは、フェルミオンへの結合が次数レベルで抑制され、γγ崩壊への寄与がループレベルで生じる。このモデルは、顕著なフェルミオンのフラバー変換や電弱精度制約を伴わず、自然に強化されたVBF γγ信号を説明できる。

ABSTRACT

In models where an additional SU(2)-doublet that does not have couplings to fermions participates in electroweak symmetry breaking, the properties of the Higgs boson are changed. At tree level, in the neighborhood of the SM-like range of parameter space, it is natural to have the coupling to vectors, cV, approximately constant, while the coupling to fermions, cf, is suppressed. This leads to enhanced VBF signals of gamma gamma while keeping other signals of Higgses approximately constant (such as WW* and ZZ*), and suppressing higgs to tau tau. Sizable tree-level effects are often accompanied by light charged Higgs states, which lead to important constraints from b to s gamma and top to b H+, but also often to similarly sizable contributions to the inclusive h to gamma gamma signal from radiative effects. In the simplest model, this is described by a Type I 2HDM, and in supersymmetry is naturally realized with "sister Higgs" fields. In such a scenario, additional light charged states can contribute further with fewer constraints from heavy flavor decays. With supersymmetry, Grand Unification motivates the inclusion of colored partner fields. These G-quarks may provide additional evidence for such a model.

研究の動機と目的

• LHCにおけるヒッグスγγ信号の観測された強化、特にベクトルボソン凝集（VBF）チャンネルにおける強化を、WW*/ZZ*信号に顕著なずれをもたらさずに説明すること。
• 第二のヒッグスダブルレットがフェルミオンではなくゲージボソンにのみ結合するモデルを調査し、フラバー変換や電弱精度制約を最小限に抑えること。
• 電荷付きヒッグスおよび色を持つGクォークのループ補正が、γγ崩壊断面積を強化する役割を果たすメカニズムを評価すること。
• このシナリオ—フェルミオン結合が抑制され、VBF γγ信号が強化されている—が、超対称理論における「シスターヒッグス」場およびGUTパートナによって実現可能かどうかを検討すること。
• 生産モード全体にわたるヒッグス信号を制約するための三パラメータフィット（cV, cf, δcγγ）を提案し、今後のデータに対する検証可能なフレームワークを提供すること。

提案手法

• フェルミオンに結合しないがゲージボソンにのみ結合する第二のヒッグスダブルレットを有するタイプI 2HDMフレームワークを用い、フェルミオン結合が抑制される（cf < 1）一方で、ベクトルボソン結合がほぼ標準模型に近い（cV ≈ 1）ように設定する。
• 生産断面積と崩壊比率の信号強度をσ × BRでパrameter化し、グルーオン融合では（ct + δcgg）²、VBF/VhではcV²でスケーリングし、γγおよびVVモードではcV、ct、δcγγで幅をスケーリングする。
• δcγγによるループ補正をγγ断面積に組み込み、これは電荷付きヒッグスおよびGクォークの寄与から生じる。後者はGUTに動機づけられたSU(3)色パートナから生じる。
• b → sγおよびt → bH⁺崩壊からの制約を課し、h–H混合および電荷付きヒッグス質量に敏感なフレーバー物理学の制約を満たすことを確認する。
• 超対称理論における「シスターヒッグス」場の役割を検討し、追加のスカラーおよびフェルミオン成分（例：Gスキューク）が、物理的ヒッグスと弱混合するためのフラバー制約が緩和され、δcγγに寄与することを検討する。
• LHCデータとの整合性を検証するため、三つの有効パラメータ（cV, cf, δcγγ）を用いたヒッグス信号強度のグローバルフィットを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプI 2HDMまたはシスターヒッグスモデルは、WW*/ZZ*信号強度に顕著な変化をもたらさずに、観測されたヒッグスγγ信号の強化、特にVBFチャンネルにおける強化を説明できるか？
• RQ2 フェルミオンに結合しないヒッグスダブルレットを有するモデルにおいて、フェルミオンおよびベクトルボソンへの次数レベルの結合が、さまざまなヒッグス生成および崩壊チャンネルの相対的割合に与える影響は何か？
• RQ3 電荷付きヒッグスおよび色を持つGクォークのループ補正が、b → sγおよびt → bH⁺の制約に従いつつ、γγ崩壊断面積をどの程度強化できるか？
• RQ4 超対称理論における「シスターヒッグス」場の導入により、フラバー破れ制約が軽減され、VBF γγ信号が強化された状況が自然に実現可能か？
• RQ5 三パラメータフィット（cV, cf, δcγγ）が、現在のLHCヒッグス信号データを十分に記述できるか。もし実現された場合、どのような意味を持つだろうか？

主な発見

• タイプI 2HDMまたはシスターヒッグスのシナリオにおいて、フェルミオン結合が次数レベルで抑制され（cf < 1）、cV ≈ 1を維持することで、VBF γγ信号が強化され、ττ崩壊が抑制される。
• γγ信号強度は、δcγγによる次数レベルの寄与に加え、電荷付きヒッグスおよびGクォークによるループ補正によって強化され、tanβ ≈ 1でGスキュークが軽量（約150 GeV）の場合、寄与が顕著に大きくなる。
• グルーオン融合生成（gg → h → γγ）はδcgg補正により強化されるが、VBFおよび関連生成（Vh, tth）は標準模型に近い水準を維持し、現在のデータと整合する。
• WW*/ZZ*への崩壊はわずかに抑制されるか、標準模型とほぼ同等であり、b̄b抑制がγγ強化を引き起こすモデルとは異なり、WW*/ZZ*も同時に強化されるのを避ける。
• 電荷付きヒッグス状態が標準模型に近いヒッグスと顕著に混合しない場合、特に弱混合を持つシスターヒッグスシナリオでは、b → sγおよびt → bH⁺からの強い制約を回避できる。
• GクォークおよびGスキューク—大統一理論に動機づけられたもの—は、有効結合が~gs²/4cos²(β−δ)程度でδcγγに追加寄与を提供し、SUSY探索およびモデルの確認に新たなシグネチャを提供する。