[論文レビュー] The "96 GeV excess'' at the ILC

T. Biekötter, M. Chakraborti+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、次に最小の2ヒッグスダブルレットモデルに実スレートを追加したN2HDM（Next-to-Minimal 2 Higgs Doublet Model）の型IIおよび型IVのバージョンにおいて、CMSでの96 GeVの二光子崩壊過剰とLEPでの98 GeVのb¯b過剰を同一の軽いヒッグスボソンによって説明できると提案する。このモデルは、両方の過剰を同時に説明可能であり、すべての実験的および理論的制約を満たす。また、将来のILC測定によって、精度の高いヒッグスカップリングスキャンや96 GeV状態の直接生成を通じて、この説明が確認されたり否定されたりする可能性がある。

ABSTRACT

The CMS collaboration reported an intriguing \sim 3 sigma (local) excess at 96 GeV in the light Higgs-boson search in the diphoton decay mode. This mass coincides with a \sim 2 sigma (local) excess in the bb final state at LEP. We present the interpretation of this possible signal as the lightest Higgs boson in the 2 Higgs Doublet Model with an additional real Higgs singlet (N2HDM). It is shown that the type II and type IV (flipped) of the N2HDM can perfectly accommodate both excesses simultaneously, while being in agreement with all experimental and theoretical constraints. The excesses are most easily accommodated in the type II N2HDM, which resembles the Yukawa structure of supersymmetric models. We discuss the experimental prospects for constraining our explanation at future $e^+e^-$ colliders, with concrete analyses based on the ILC prospects.

研究の動機と目的

• CMSでの96 GeVの二光子過剰とLEPでの98 GeVのb¯b過剰を、1つの新しいスカラー状態によって同時に説明すること。
• 実スレートを追加した2ヒッグスダブルレットモデル（N2HDM）が、両方の過剰を同時に満たしつつすべての制約を満たすかを調査すること。
• 将来のe+e−衝突機、特に国際線形衝突機（ILC）におけるこの説明の実験的妥当性を評価すること。
• ILCで観測可能なシグネチャを特定し、提案されたN2HDMのシナリオを確認または除外できるかを明らかにすること。

提案手法

• HiggsBounds、HiggsSignals、フラーバー物理学、電弱精度観測量、および摂動論的安定性の制約を含む、N2HDMのパラメータ空間におけるグローバルなパラメータスキャンを実施。
• N2HDECAYおよびSusHiの公開ツールを用いて、HiggsSignalsおよびHiggsBoundsの入力に必要なヒッグス崩壊幅および生成断面積を計算。
• 96 GeV状態として最も軽いCP偶性ヒッグスh1を想定し、h2を125 GeVのSMに類似たヒッグスと特定。より重い状態（h3、A、H±）は400 GeV以上に設定。
• 予測された信号強度（µCMSおよびµLEP）を観測された過剰と比較し、妥当なベンチマークポイントを同定。
• ヒッグスストラーレーションおよび関連するb¯b崩壊に対する、従来の手法およびリコイルベースの探索技術を用いて、ILC感度を予測。
• SMに類似たヒッグスボソンのカップリング（フェルミオンおよびベクトルボソンへ）のずれを、モデルの間接的プローブとして分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実スレートを追加したN2HDMが、CMSでの96 GeVの二光子過剰とLEPでの98 GeVのb¯b過剰を同時に説明できるか。
• RQ2 型IIおよび型IVのN2HDMのうち、両方の過剰を満たしつつすべての制約を満たす最良の適合を示すのはどちらか。
• RQ3 将来のILC測定は、96 GeVのヒッグスボソンの直接生成に対してどの程度感度を示すか。
• RQ4 HL-LHCおよびILCにおける125 GeVヒッグスボソンのカップリングの高精度測定は、N2HDMの説明をSMからどの程度区別できるか。
• RQ5 ILCで観測可能なシグネチャは、提案されたモデルを除外または確認できるか。

主な発見

• 型IIおよび型IVのN2HDMのシナリオは、96 GeVの二光子過剰（3σ局所）と98 GeVのb¯b過剰（2.3σ局所）を同時に満たしつつ、すべての実験的および理論的制約を満たすことができる。
• 型II N2HDMでは、96 GeV状態h1は主にスレートに類似しており、125 GeVのヒッグスボソンh2との混合を通じてSM粒子とカップリングし、結果として二光子崩壊率が増幅され、CMSの過剰を説明できる。
• 両方の過剰を1σレベルで適合させるすべてのベンチマークポイントは、背景にSMを超える新しい物理がないと仮定した場合、標準的なヒッグスストラーレーションおよびb¯b崩壊探索によるILC感度によって除外される。
• 96 GeV状態が存在する場合、ILCはその状態を多数生成するため、直接発見可能となる。
• N2HDMの説明が正しい場合、HL-LHCでは|ch2VV|のカップリングが2σ以上、ILCでは5σ以上、SM予測から著しくずれる。
• 型IIおよび型IVのシナリオにおけるカップリングパターンは、異なるスケーリング行動を示し、将来的な高精度ヒッグスカップリング測定によって両モデルを区別可能となる。