[論文レビュー] Large pseudoscalar Yukawa couplings in the complex 2HDM

Duarte Fontes, Jorge C. Romão+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、複素2HDM（C2HDM）における状況を調査し、125 GeVの軽いヒッグスボソンが bottom クォークおよびタウレプトンへの大規模な擬スカラーYukawa結合を示す一方で、そのスカラー成分が消える場合を検討する。LHCの高精度データと将来の予測を用いて、このような状況が依然として妥当であり、低光度でも主に $ h \to \tau^+\tau^- $ における混合角 $\phi_{\tau}$ の測定によって探査可能であることが示されている。

ABSTRACT

We start by presenting the current status of a complex flavour conserving two-Higgs doublet model. We will focus on some very interesting scenarios where unexpectedly the light Higgs couplings to leptons and to b-quarks can have a large pseudoscalar component with a vanishing scalar component. Predictions for the allowed parameter space at end of the next run with a total collected luminosity of $300 \, fb^{-1}$ and $3000 \, fb^{-1}$ are also discussed. These scenarios are not excluded by present data and most probably will survive the next LHC run. However, a measurement of the mixing angle $ϕ_τ$, between the scalar and pseudoscalar component of the 125 GeV Higgs, in the decay $h o τ^+ τ^-$ will be able to probe many of these scenarios, even with low luminosity. Similarly, a measurement of $ϕ_t$ in the vertex $\bar t t h$ could help to constrain the low $ an β$ region in the Type I model.

研究の動機と目的

• フェルミオンへのヒッグス結合におけるスカラー成分が消えるが、擬スカラー成分が依然として大きな場合の、複素2HDMにおける妥当な状況を探索すること。
• 特にヒッグス信号強度測定から得られる制約を含め、現在および将来のLHC制約下でのこのような状況の妥当性を評価すること。
• 標準模型からそれらの状況を区別できる主要な実験的観測量（特に $\phi_\tau$ および $\phi_t$）を同定すること。
• 電気双極子モーメント（EDM）制約の役割を評価し、将来の実験でパラメータ空間をさらに制限する可能性を検討すること。

提案手法

• ソフトに破壊された $Z_2$ 対称性を有する複素2HDMのラグランジュアンを構築し、複素パラメータ $m_{12}^2$ および $\lambda_5$ を用いてCP破れ位相を含める。
• ユニタリティ、真空安定性、摂動的制約といった理論的および素粒子的制約を適用し、パラメータ空間を制限する。
• 13–14 TeVのエネルギーで300および3000 fb$^{-1}$の光度に対応するLHC信号強度データ（$h \to \gamma\gamma$、$WW^*$、$\tau^+\tau^-$、$b\bar{b}$）を用いて、Yukawa結合を制約する。
• フェルミオン結合における擬スカラー成分とスカラー成分の比をパrametrizeするための混合角 $\phi_{\tau}$、$\phi_t$、$\phi_D$ を導入する。
• 将来の測定、特に $h \to \tau^+\tau^-$ における $\phi_\tau$ の感度を評価し、標準模型からのずれを検出可能かどうかを検討する。
• EDMの制約の影響を評価し、特にACME実験からの制約を検討する。また、スカラー寄与項のキャンセレーションが制約を弱める可能性があることに注意する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス結合の $\tau$ レプトンまたは $b$ クォークへのスカラー成分が消えるが、擬スカラー成分が依然として大きな状況が、複素2HDMに存在可能か？
• RQ2 現在および将来のLHCデータ（特に300および3000 fb$^{-1}$の光度）は、このような状況をどの程度制約するか？
• RQ3 特に $\phi_\tau$、$\phi_t$、$\phi_D$ のうち、どの実験的観測量がスカラー成分の消失を検出するのに最も感度が高いか？
• RQ4 電気双極子モーメント（EDM）制約は、これらの状況をどの程度制限するか？また、将来のEDM測定はそのパラメータ空間の構造をどのように変えるか？
• RQ5 将来の線形衝突加速器は、このような非標準的Yukawa結合構造をさらに探査可能か？

主な発見

• $\tau$ レプトンおよび $b$ クォークへのヒッグス結合におけるスカラー成分が消える状況は、Type II、F、LSモデルにおいて、現在のLHCデータと整合し、依然として妥当である。
• $h \to \tau^+\tau^-$ 衰えにおける $\phi_{\tau}$ の測定は非常に感受性が高く、LHCの低光度でもスカラー成分が消える状況を除外可能である。
• Type Iモデルでは、$\bar{t}th$ 頂点における $\phi_t$ 測定が、低 $\tan\beta$ 範囲を制限できる。
• Fモデルでは、$bbh$ 頂点における $\phi_D$ の直接測定のみが、スカラー成分が消える状況を探査可能である。
• 将来の線形衝突加速器は、これらの非標準的Yukawa結合構造に対する追加の感度を提供すると予想される。
• EDM制約は、トップクォークよりもダウン型フェルミオンに対しては制限が弱く、$b$ および $\tau$ セクターにおける大規模な擬スカラー結合を破綻させずに許容可能である。