[論文レビュー] Implications Of The Higgs Discovery On Physics Beyond The Standard Model

Dipankar Das|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、LHCにおけるヒッグス粒子の発見が標準模型を越える物理学（BSM）に与える影響を検討し、ユニタリティ、ヒッグスの信号強度、およびフラバー物理学からの制約に焦点を当てる。非標準的ヒッグスカップリングはきびしく制約されており、電荷を帯びたヒッグス粒子は二光子崩壊においてデカップリングしない。また、離散的対称性を有する多ヒッグスダブルレットモデルでは、1 TeV未塔の多数の新しい粒子が必要となる。

ABSTRACT

In this thesis, we investigate the implications of the LHC Higgs data on different BSM scenarios. Since the data seem to agree with the SM expectations, any nonstandard couplings will be strongly constrained. First we investigate, in a model independent way, the constraints on the nonstandard Higgs couplings with the fermions and the vector bosons in view of high energy unitarity and the measured value of the Higgs to diphoton signal strength. Then we concentrate on a particular BSM scenario, namely, the two Higgs-doublet models (2HDMs). Consistency of the Higgs data with the corresponding SM predictions strongly motivates us to work in the {\em alignment limit}. In this limit, including the informations of Higgs mass and its SM-like nature, we find many new constraints on the nonstandard masses and $ anβ$. We also study the constraints on the charged scalar mass arising from the $h o γγ$ signal strength measurements and observe that the charged scalar does not necessarily decouple from the diphoton decay width. We then move on to some particular variants of 2HDMs, known as BGL models, and study the flavor constraints on these models. Here we find that lighter than conventionally allowed nonstandard scalars can successfully negotiate the stringent bounds coming from flavor physics data and can leave unconventional decay signatures that can be used as distinctive features of these models. We also analyze the stability and unitarity constraints in a three Higgs-doublet model (3HDM) with $S_3$ symmetry and find that there must be many more nonstandard particles below 1~TeV. We also observe that the nondecoupling feature of the charged scalar in the context of $h o γγ$ is not unique to the 2HDMs only, instead it is a general property of the multi doublet extensions of the SM with an exact discrete symmetry.

研究の動機と目的

• LHCヒッグスデータが非標準的ヒッグスカップリングをモデルに依存しない形でどのように制約するかを評価すること。
• 標準模型に類似したヒッグス性質を有する2HDMの整合性が、アライメント限界においてどのように成立するかを調査すること。
• より軽い非標準スカラーを許容する2HDMのBGL変種におけるフラバー物理学の制約を検討すること。
• S3対称性を有する3HDMにおけるユニタリティおよび安定性を分析すること。
• 電荷を帯びたヒッグスがh→γγ崩壊においてデカップリングしない挙動が、離散的対称性を有する多ダブルレットモデルにおいて一般に成立するかを特定すること。

提案手法

• フェルミオンおよびベクトルボソンとの非標準的ヒッグスカップリングを制約するために、モデルに依存しない有効場理論的手法を用いた。
• 高エネルギーにおけるユニタリティ境界と測定されたヒッグス信号強度（特にγγ崩壊）を用いて、2HDMのパラメータ空間を制約した。
• 2HDMにおけるアライメント限界を適用し、標準模型に類似したヒッグスカップリングを強制することで、パラメータ空間をtanβおよび非標準スカラーの質量に簡略化した。
• フレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）およびレア崩壊からの制約を用いて、BGLモデルのパラメータを束縛した。
• S3対称性を有する3HDMにおける安定性およびユニタリティ分析を実施し、スカラー質量に制約を導出した。
• 電荷を帯びたヒッグスがh→γγにおいてデカップリングしない挙動が、正確な離散的対称性を有する多ダブルレット拡張において一般に成立することを拡張して示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCヒッグスデータは、ヒッグス粒子のフェルミオンおよびベクトルボソンとの非標準的カップリングをどのように制約するか？
• RQ2 h→γγにおけるヒッグス信号強度は、2HDMにおける電荷を帯びたヒッグス粒子の質量にどのような影響を及えるか？
• RQ3 2HDMのBGL変種は、フラバー物理学の制約を満たしつつ、より軽い非標準スカラーをどのように扱えるか？
• RQ4 S3対称性を有する3HDMにおける安定性およびユニタリティの制約は何か？
• RQ5 電荷を帯びたヒッグスがh→γγ崩壊においてデカップリングしない挙動は2HDMに特有のものか、それとも他の多ダブルレットモデルに一般化されるか？

主な発見

• フェルミオンおよびベクトルボソンとの非標準的ヒッグスカップリングは、ユニタリティおよび測定されたヒッグス信号強度によって強く制約されている。
• 2HDMのアライメント限界において、tanβおよび非標準ヒッグス状態の質量にきびしい制約が課される。
• 電荷を帯びたヒッグス粒子は、高エネルギー領域においてもループ寄与のため、h→γγ崩壊振幅からデカップリングしない。
• BGLモデルでは、従来よりも軽い非標準スカラーを許容でき、加速器で検出可能な非標準的な崩壊のサインが得られる。
• S3対称性を有する3HDMでは、ユニタリティおよび安定性条件を満たすために、1 TeV未塔の多数の新しい粒子が必要となる。
• 電荷を帯びたヒッグスがh→γγにおいてデカップリングしない挙動は、正確な離散的対称性を有する多ダブルレット拡張の標準模型において一般に成立する特徴である。