[論文レビュー] Large pseudo-scalar components in the C2HDM

Duarte Fontes, Jorge C. Romão+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、クォーカーおよびレプトンへのヤコビ・カップリングのスカラー成分が消える複雑な2ヒッグスダブルレットモデル（C2HDM）を調査しており、CP不変（擬スカラー）成分が支配的となり、観測されたヒッグス信号強度を再現する。LHCラン2の予測を用いて、特に電気双極子モーメント（EDM）制約を受ける中で、角運動量観測量（例：$\phi_\tau$）による擬スカラー対スカラー結合比の直接測定が、このような状況を標準模型（SM）と区別する上で不可欠であると主張する。

ABSTRACT

We discuss the CP nature of the Yukawa couplings of the Higgs boson in the framework of a complex two Higgs doublet model (C2HDM). After analysing all data gathered during the Large Hadron Collider run 1, the measurement of the Higgs couplings to the remaining SM particles already restricts the parameter space of many extensions of the SM. However, there is still room for very large CP-odd Yukawa couplings to light quarks and leptons while the top-quark Yukawa coupling is already very constrained by current data. Although indirect measurements of electric dipole moments play a very important role in constraining the pseudo-scalar components of the Yukawa couplings, we argue that a direct measurement of the ratio of pseudoscalar to scalar couplings should be one of the top priorities for the LHC run 2.

研究の動機と目的

• 複雑な2ヒッグスダブルレットモデル（C2HDM）において、軽いフェルミオンへのヤコビカップリングのスカラー成分が消える状況を探索すること。
• 現在のLHCデータおよび将来のラン2の高精度測定に基づいて、そのような状況の妥当性を評価すること。
• 特に$\phi_\tau$のような角運動量パラメータを含む、擬スカラー支配のヒッグスカップリングを直接探査できる主要な観測量を同定すること。
• LHC信号強度測定と電気双極子モーメント（EDM）制約の相互作用が、非SM的ヒッグスカップリングを区別する上で果たす役割を評価すること。
• LHCラン2において、擬スカラー-スカラー結合比の直接実験的測定を最優先事項として提唱すること。

提案手法

• 研究は、中性ヒッグス質量行列を回転行列$R$で対角化するC2HDMのヒッグス基底を用い、$h_1$をSMに類似したヒッグス boson と特定する。
• フェルミオンカップリングにおける擬スカラー対スカラー成分比を記述する角度$\phi_D$および$\phi_\tau$を用いたヤコビカップリングのパrametrizationを採用する。
• 信号強度$ h \to WW,\,ZZ,\,\gamma\gamma,\,\tau^+\tau^- $を、すべての decay モードの代理として用い、$\sqrt{s} = 13$ TeVにおける期待精度は10%および5%とする。
• 特に、複数のスカラー寄与に起因するキャンセルの可能性を考慮したACME協会によるEDM制約を含める。
• $\tau^+\tau^-$および$bbh$最終状態における角運動量観測量を用いて、$(a_D, b_D) = (1,0)$（SMに類似）と$(0,1)$（純粋擬スカラー）の状況を区別できるかを評価する。
• タイプII、フラッピッド、およびリー・スカラー（LS）ヤコビ構造の各モデルを検討し、スカラーカップリングが消えるパラメータ領域に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C2HDMは、$b$ クォークおよび$\tau$ レプトンへのヤコビカップリングにおけるスカラー成分が消える状況を、観測されたLHCヒッグス信号強度を再現できるか？
• RQ2 純粋擬スカラーカップリングとSMに類似したスカラーカップリングを区別するためには、$\tau^+\tau^-h$ 頂点角$\phi_\tau$ をどの程度の精度で測定する必要があるか？
• RQ3 電気双極子モーメント（EDM）制約は、大きな擬スカラー成分を持つモデルのパラメータ空間をどの程度制限するか？
• RQ4 どのヤコビタイプ（例：タイプII、フラッピッド）において、$bbh$ 頂点がスカラー成分の消失状況を探査できるか？
• RQ5 将来のLHC高精度測定とEDM制約が、擬スカラー支配カップリングを持つ状況におけるC2HDMのパラメータ空間をどのように共同で制約するか？

主な発見

• SMに類似したヒッグス boson は、スカラー成分が消え、擬スカラー成分が非ゼロで観測された信号強度と一致する限り、$b$ クォークおよび$\tau$ レプトンへのヤコビカップリングにおいてスカラー成分が消えることができる。
• $\phi_\tau$ の測定でわずか10%の精度でさえも、$(a_D, b_D) = (1,0)$ のSMに類似した状況と$(0,1)$ の純粋擬スカラー状況を区別できる。
• フラッピッドモデルでは、$\tau^+\tau^-$ チャネルが感度を持たないため、スカラー成分の消失状況を探査できるのは、$bbh$ 頂点における$\phi_D$ の直接測定に限られる。
• EDM制約の下でも、スカラー寄与の部分的キャンセルが生じる場合、大きな擬スカラー成分を持つC2HDMのパラメータ空間は依然として妥当である。
• LHCラン2の今後のデータで信号強度の精度が10%または5%に達すれば、フェルミオンカップリングにおけるスカラー支配と擬スカラー支配を強く区別できるようになる。
• 将来の線形衝突型加速器は、ヒッグスカップリングの高精度測定を通じて、これらの状況をさらに探査できると予想される。