[論文レビュー] Prospect for observing a light charged Higgs through the decay $H^+ o c \bar{b} + c.c.$ at the LHeC

J. Hernández-Sánchez, O. Flores-Sánchez+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、将来の大型ハドロン陽子電子衝突型加速器（LHeC）において、2HDM-III型の軽い電荷を帯びたヒッグスボソン（$H^\pm$）の発見可能性を調査する。ヤーコバ行列に四つのゼロを持つテクスチャーを用いて、フレーバー変換中性荷電現在を抑制し、主に $H^\pm \to c\bar{b} + \text{c.c.}$ の崩壊モードに注目する。100 fb$^{-1}$ の積分放射線量において、$m_{H^\pm} = 110$ GeV のベンチマーク・スケナリオでは、特に $c\bar{b}$ 崩壊の分支比が100%に近い場合、3–4$\sigma$ の有意性が達成可能であることが示された。

ABSTRACT

We study the production and decay of a light charged Higgs boson at the future Large Hadron electron Collider (LHeC) in the framework of the Two Higgs Doublet Type III, assuming a four-zero texture in the Yukawa matrices and a general Higgs potential. We analyze the charge current production processes $e^- p o ν_e q H^+ $ considering the signature $H^+ o c \bar{b} + c.c.$ of the final state. We take this signature and we compare it to the irreducible background from Standard Model (SM) interactions. We consider scenarios of the model which are consistent with current experimental data from Higgs and flavor physics.

研究の動機と目的

• LHeCにおける2HDM-IIIフレームワーク下での軽い電荷を帯びたヒッグスボソンの発見可能性を評価すること。
• フレーバー変換中性荷電現在を抑制するヤーコバ行列の四つのゼロテクスチャーを考慮した、信号の反応断面積 $H^+ \to c\bar{b} + \text{c.c.}$ の評価。
• 特に $\nu t\bar{b}$ および $e^- b\bar{b}j$ プロセスを含む、不可避な標準模型背景と信号断面積および分支比を比較すること。
• 現在のヒッグスおよびフレーバー物理学の制約と整合するベンチマーク・スケナリオを特定し、$H^+ \to c\bar{b}$ 崩壊モードへの感度を最大化すること。

提案手法

• フレーバー変換中性荷電現在を制御するため、ヤーコバ行列に四つのゼロを持つテクスチャーを有する2HDM-III型を採用。$Z_2$ 対称性を必要としない。
• ヒッグスポテンシャルは実数パラメータを用いて構築され、すべての可能な四次カップリングを含み、CP破れを避けるために真空期待値を実数と仮定する。
• ヤーコバラグランジアンは、四つのゼロを持つエルミートヤーコバ行列から導出され、特定のフェルミオン結合をもたらし、$H^+ \to c\bar{b}$ 崩壊率の増幅を可能にする。
• 部分子レベルの信号断面積および分支比は、CalcHEPを用いて計算され、ベンチマーク・スケナリオでは $H^+ \to c\bar{b}$ の支配的崩壊を仮定する。
• 信号トポロジーを分離するために、$p_T^q > 15$ GeV および $\Delta R(q,q) > 0.4$ のプリセレクション・カットを適用する。これにより、2つのジェット、1つの$b$-タグ、および運動量の欠損が観測される。
• 背景は $\nu t\bar{b}$、$\nu b\bar{b}j$、$e^- b\bar{b}j$、$e^- t\bar{t}j$ プロセスから推定され、$b$-タグ効率 $\epsilon_b = 0.5$、$c$-タグ効率 $\epsilon_c = 0.1$、および軽いフレーバーのジェットに対する $\epsilon_j = 0.01$ を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDM-IIIフレームワーク下で、$m_{H^\pm} = 110$ GeV の軽い電荷を帯びたヒッグスボソンが、LHeCで $H^+ \to c\bar{b} + \text{c.c.}$ 崩壊モードによって観測可能か。
• RQ2 100 fb$^{-1}$ の積分放射線量において、不可避な標準模型背景と比較した $H^+ \to c\bar{b}$ 信号の有意性はいかほどか。
• RQ3 四つのゼロヤーコバテクスチャーおよび増幅された $c\bar{b}$ 崩壊分支比を有するベンチマーク・スケナリオは、電荷を帯びたヒッグスの検出可能性にどのように影響するか。
• RQ4 ヒッグスおよびフレーバー物理学のデータからの制約は、2HDM-IIIにおけるこのような電荷を帯びたヒッグスの有効なパラメータ空間にどのような制限を課えるか。

主な発見

• $m_{H^\pm} = 110$ GeV で $BR(H^+ \to c\bar{b} + \text{c.c.}) \approx 0.99$ のベンチマーク・スケナリオでは、信号断面積×分支比が最大99.80 fbに達し、高い生成率を示した。
• 100 fb$^{-1}$ の積分放射線量において、$b$-タグと誤タグ効率を適用した後、スケナリオIaおよびIbでは3.9–4.0$\sigma$、スケナリオIIaおよびYaでは3.7–3.0$\sigma$ の有意性が達成された。
• 不可避な主要背景は100 fb$^{-1}$ で3835.1イベントと推定され、主に $\nu t\bar{b}$ および $e^- b\bar{b}j$ プロセスに起因する。
• 複数のベンチマーク点において信号の有意性は安定しており、$c\bar{b}$ 分支比が最大となるスケナリオで最高の有意性が達成された。
• LHeCの運転終了時（1000 fb$^{-1}$）には、有利な状況では10$\sigma$ を超える有意性が得られ、このような電荷を帯びたヒッグスボソンの検出は確実になると確認された。
• 本研究は、四つのゼロヤーコバテクスチャーを有する2HDM-IIIが、支配的 $c\bar{b}$ 崩壊モードを有する軽い電荷を帯びたヒッグスを実現可能であり、現在のヒッグスおよびフレーバー物理学の実験的制約と整合することを確認した。