[論文レビュー] Lepton flavor violating Higgs couplings and single production of the Higgs boson via e \gamma collision

C. X. Yue, Cong Pang+1 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、将来のILCおよびLHeC施設におけるeγ衝突における1つのヒッグス粒子生成を通じて、レプトンフラバー違反（LFV）ヒッグスボソン結合を調査する。低エネルギーにおけるLFV過程の制約および最近のCMSの兆候を用いて、ILCにおいて十分な光度があればH→τe崩壊モードが検出可能であると判明し、これは標準模型を超える新しい物理の有効なプローブを提供する。

ABSTRACT

Taking into account the constraints on the lepton flavor violation (LFV) couplings of the Standard Model (SM) Higgs boson H with leptons from low energy experiments and the recent Compact Muon Solenoid experiment results, we investigate production of the SM Higgs boson associated with a lepton au via e \gamma collision at the International Linear Collider (ILC) and Large Hadron Electron Collider experiments. The production cross sections are calculated and the LFV signals and the relevant SM backgrounds are examined. The LFV signals of the SM Higgs boson might be observed via e \gamma collision in future ILC experiments.

研究の動機と目的

• 将来のコライダーにおけるeγ衝突におけるレプトンフラバー違反ヒッグス結合の検出可能性を評価すること。
• LFV Hτe結合によって誘導される、eγ → τH の単一ヒッグス生成過程を検討すること。
• ILCおよびLHeCにおけるH→τe崩壊モードに注目し、信号率とバックグラウンドを比較すること。
• epおよびγγモードと比較して、eγコライダーがLFVヒッグス結合を探査する補完的かつ有効なツールであるかを評価すること。
• 現実的な実験的制約下でのH→τe崩壊の発見可能性の定量的推定を提供すること。

提案手法

• μ→eγ、τ→μγ、τ→eγ実験からの制約を用いて、LFVヒッグス結合Hℓiℓjを有効場理論でモデル化する。
• 低エネルギーにおけるLFV過程からの制約 |Yτe|² + |Yeτ|² ≤ 0.014 を用いて、Hτe結合の強度を制限する。
• ILCおよびLHeCのエネルギー領域において、LFV Hτe頂点を通じたeγ → τHの断面積を計算する。
• 標準模型の過程（eγ → τνν̄ および eγ → τμν）を考慮し、信号-バックグラウンド分析を詳細に行う。
• LHeCにおけるフォワードプロトンタグギング機能を活用して、QCDおよびQEDバックグラウンドを抑制する。
• 運動量的カットおよびイベント再構成技術を適用し、H→τe崩壊の特徴を明確に分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ILCまたはLHeCにおけるeγ衝突で、LFVヒッグス結合H→τeを観測できるか？
• RQ2 現在の実験的制約下で、Hτe結合を通じたeγ → τHの予想される生成断面積はどの程度か？
• RQ3 ILCおよびLHeCにおけるeγ → τHで、標準模型のバックグラウンドとLFV信号の大小関係は？
• RQ4 eγコライダーでH→τeの発見を達成するためには、どの程度の光度およびエネルギーが必要か？
• RQ5 epまたはγγモードと比較して、eγ衝突はLFVヒッグス結合をより補完的かつクリアな環境で探査できるか？

主な発見

• Hτe結合を通じたeγ → τHの生成断面積は、結合定数の強さに応じて、ILCおよびLHeCのエネルギー領域で1–10 fb程度のオーダーであると推定される。
• 500 fb⁻¹の光度があれば、Br > 10⁻⁴ であれば、ILCはH→τe崩壊モードを実際に観測可能である可能性がある。
• LHeCではフォワードプロトンタグギングのおかげで、信号対バックグラウンド比が著しく向上し、主要なQEDおよびQCDバックグラウンドが低減される。
• CMSがH→μτ崩壊で2.4σの過剰（Br ≈ 0.84%）を示しているという兆候は、同様のLFVヒッグス崩壊（例：H→τe）が将来的なeγコライダーで検出可能である可能性を示唆している。
• Hτe結合は |Yτe|² + |Yeτ|² ≤ 0.014 に制限されており、これによりH→τeのBrが最大で約10%まで可能となるため、発見の対象として現実的である。
• ILCおよびLHeCにおけるeγ衝突は、最終状態が少ないクリアな環境を提供するため、LFVヒッグス結合の高精度な研究に最適である。