[論文レビュー] The "96 GeV excess" in the N2HDM

T. Biekötter, M. Chakraborti+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、実数のシングレットを伴う次に最小限の2ヒッグスダブルレットモデル（N2HDM）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過剰が、同一の軽いヒッグス粒子（h₁）に起因する可能性を提案している。タイプIIおよびタイプIVのN2HDMにおいて、この状態は125 GeVの標準模型に似たヒッグスと混合することで生じ、W±h₁へのcharged Higgsの崩壊がLHCおよびILCの探索における重要な実験的シグネチャを提供する。このモデルは、両方の過剰を同時に説明しつつ、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。

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 $b\bar b$ 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). We show 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 via charged Higgs-boson decays at the LHC or direct production of the $\sim 96\,$GeV Higgs boson at a future lepton collider like the ILC.

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過剰を同時に説明すること。
• 実験的および理論的制約の範囲内で、実数のシングレットを伴うN2HDMが両方の過剰を同時に満足できるかを調査すること。
• LHCおよび将来のレプトン衝突型加速器でのモデルのテストに向けた、特にW±h₁へのcharged Higgs崩壊を含む実現可能な実験的シグネチャを同定すること。
• 将来の加速器、特にILCが、提案された96 GeVのヒッグス粒子を発見または除外できる可能性を評価すること。

提案手法

• 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し、h₁を95–98 GeV、h₂を125.09 GeV、より重いh₃、A、H±を焦点としている。
• HiggsBounds（衝突実験の制約）、HiggsSignals（信号強度）、フラーバー物理学（MH± > 650 GeV）、電弱精度観測量（S、T、U）、および摂動的安定性の制約を適用した。
• 物理的ヒッグスセクターの計算にはN2HDECAYとSusHiを用い、崩壊幅および断面積を算出した。
• 信号強度測定（µCMSおよびµLEP）を用いて、3σのCMS二光子過剰と2.3σのLEP b¯b過剰と整合するかをテストした。
• MH±の関数としてH± → W±h₁およびH± → W±h₂の分支比を計算し、検出可能な崩壊チャネルを同定した。
• ILCにおける可能性は、従来手法およびリコイル手法による期待される95%信頼区間上限を用いて評価し、スキャンポイントと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実数のシングレットを伴うN2HDMは、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 タイプIIおよびタイプIVのN2HDMにおいて、両方の過剰とすべての実験的制約を満たすパラメータ領域はどこか？
• RQ3 LHCにおいて、charged HiggsがW±h₁に崩壊するというチャネルが、軽いヒッグス粒子の発見にどのように寄与できるか？
• RQ4 信号強度および断面積の期待値に基づいて、ILCが96 GeVのヒッグス粒子をどの程度の確度で発見または除外できるか？
• RQ5 SおよびTのオブリークパラメータは、この状況下でのcharged HiggsとCP不変ヒッグスの質量関係にどのような制約を課えるか？

主な発見

• タイプIIおよびタイプIVのN2HDMでは、両方の過剰を1σの誤差範囲内で同時に満たすことが可能であり、µCMS ≈ 0.6 ± 0.2およびµLEP ≈ 0.117 ± 0.057となる。
• 軽いヒッグス粒子h₁は主にシングレット的であり、125 GeVのヒッグス粒子h₂との混合を通じて標準模型のカップリングを獲得する。
• タイプIIのN2HDMでは、両方の過剰を満たすパラメータ点において、H± → W±h₁の分支比が強化され、MH± ≈ 700–800 GeVで最大で約20%に達する。
• 両方の過剰を1σで満たすすべてのパラメータ点は、SMバックグラウンドからの信号ずれがないと仮定した場合、ILCの95%信頼区間上限（リコイル手法）によって除外される。
• このモデルはアライメント限界から逸脱しており、W±h₁へのH±の分支比が顕著に大きくなり、125 GeV共鳴領域外でもLHCで探査可能である。
• SおよびTのオブリークパラメータは、過剰を満たすパラメータ点に特に好ましくもなければ不適切でもなく、電弱精度測定と矛盾しない。