[論文レビュー] New Constraints on Extended Higgs Sectors from the Trilinear Higgs Coupling

Henning Bahl, Johannes Braathen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、現在の実験的制約が、従来制約なしと見なされていたパラメータ空間の広い領域を除外する、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）に対する強い制約を示している。λhhhの数値的に顕著な2ループ補正を含めることで、この研究は、大きながパラメータ空間の広い領域を除外する。

ABSTRACT

The trilinear Higgs coupling $\lambda_{hhh}$ is crucial for determining the structure of the Higgs potential and for probing possible effects of physics beyond the Standard Model (SM). Focusing on the Two-Higgs-Doublet Model as a concrete example, we identify parameter regions in which $\lambda_{hhh}$ is significantly enhanced with respect to the SM. Taking into account all relevant corrections up to the two-loop level, we show that already current experimental bounds on $\lambda_{hhh}$ rule out significant parts of the parameter space that would otherwise be unconstrained. We illustrate the interpretation of the results on $\lambda_{hhh}$ for a benchmark scenario. Similar results are expected for wide classes of models with extended Higgs sectors.

研究の動機と目的

• 拡張されたヒッグス系を有するモデルにおける三重ヒッグス結合（λhhh）の現在の実験的制約の影響を評価すること。
• 従来制約なしと見なされていた2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）のパラメータ空間の領域が、現在のλhhhの制約によって除外されているかどうかを調査すること。
• 2ループ量子補正が、標準模型（SM）予測を上回る三重ヒッグス結合をどのように強化するかを評価すること。
• 標準模型に類似したヒッグス粒子とBSMヒッグス粒子との間の大きな三重および四重結合が、λhhhにおける観測可能なずれを引き起こすかどうかを示すこと。

提案手法

• 2HDMにおける三重ヒッグス結合λhhhの2ループ補正を、有効ポテンシャル近似を用いて計算する。
• Ref. [31, 32, 34]の結果を適用し、1ループおよび2ループレベルでのλhhhを計算する。これには、重いBSMスカラーおよびトップクォークの寄与を含む。
• トップクォークおよびヒッグスボソンの質量、およびZ2対称性の破れスケールMに対して、オンシェル反復化方式を実装する。
• 軽いヒッグスボソンhの樹形レベルでのSMに類似した結合を保証するため、アライメント限界（α = β − π/2）に注目する。
• LHCデータからの95%信頼区間における実験的制約−0.4 < κλ < 6.3と比較して、κλ = λhhh / (λSM_hhh)(0)の予測を検証する。
• HiggsSignalsおよびHiggsBoundsツールを用いて制約を相互に検証し、精度の高いヒッグス測定の文脈で結果を解釈する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の三重ヒッグス結合の実験的制約は、従来妥当と見なされていた2HDMのパラメータ空間の広い領域を除外できるか？
• RQ2 2ループ補正は、標準模型予測を上回る2HDMにおける三重ヒッグス結合をどの程度強化するか？
• RQ3 標準模型に類似したヒッグス粒子とBSMヒッグス粒子との間の大きな三重および四重結合が、すでにデータで除外されているずれを生じるのか？
• RQ4 2ループ補正を含めることで、拡張されたヒッグス系を有するモデルにおけるλhhhの制約の解釈はどのように変化するか？

主な発見

• 現在の三重ヒッグス結合に関する実験的制約（95%信頼区間で−0.4 < κλ < 6.3）は、従来制約なしと見なされていた2HDMのパラメータ空間の広い領域を除外する。
• 特に、標準模型に類似したヒッグス粒子と重いBSMヒッグス状態との間の大きな三重および四重結合に起因するλhhhの2ループ補正は、標準模型の値を著しく上回るλhhhの増幅を引き起こす。
• λhhhの増幅は、g h h Φ Φ = −2(M² − m²Φ)/v² の形をした、大きながパラメータ空間の広い領域を除外する。
• アライメント限界では、軽いヒッグスボソンhの樹形レベル結合が標準模型と一致するため、観測されたλhhhのずれは主にループ補正に起因し、λhhhはBSM物理学の感受性の高いプローブとなる。
• 本研究は、ヒッグス自己結合が強化されたモデルでさえも、既存のデータが従来の予想よりもきびしい制約をパラメータ空間に与えていることを示している。
• 同様の制約は、特に大きなヒッグス自己結合を有するモデルにおいても、他の拡張されたヒッグス系を有するモデルに適用可能であると予想される。