[論文レビュー] The CP-conserving 2HDM after the 8 TeV run

P. M. Ferreira, Renato Guedes+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、LHC 8 TeV ラン後の CP 不変2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を分析し、標準模型（SM）とは異なり、ダウンクォークへのヒッグスカップリングの符号が反転する「誤った符号」シナリオに注目している。このズレにもかかわらず、ループ誘導過程でのキャンセレーションのおかげでモデルは依然として妥当であり、将来の高インテンシティ LHC ランで、特にチャージドヒッグスループが h→γγ に寄与するため、光子およびグルーオンへのヒッグスカップリングの精密測定によって探査可能である可能性がある。

ABSTRACT

We confront the most common CP-conserving 2HDM with the LHC data analysed so far while taking into account all previously available experimental data. A special allowed corner of the parameter space is analysed - the so-called wrong-sign scenario where the Higgs coupling to down-type quarks changes sign relative to the Standard Model while the coupling to the massive vector bosons does not.

研究の動機と目的

• LHC 8 TeV ラン後の、ソフトに破れた Z₂ 対称性を有する CP 不変 2HDM の妥当性を評価すること。
• 標準模型（SM）とは異なり、ダウンクォークへのヒッグスカップリングが負であるが、ベクトルボソンへのカップリングは SM 的な「誤った符号」シナリオを調査すること。
• このシナリオが現在の LHC データと整合しているか、および将来の高エネルギー・高インテンシティランで探査可能かどうかを特定すること。
• 特に μγ および μg におけるヒッグス信号強度の感度が、ダウンクォークのヤコビアンカップリングの符号にどのように依存するかを評価すること。
• ヒッグス崩壊および生成モードの精密測定を通じて、LHC や国際線形加速器（ILC）での発見可能性を評価すること。

提案手法

• Higgs 生産断面積および分岐比を、2HDM パラメータ空間全体で計算するために、ScannerS を SusHi、HDECAY、HIGLU、2HDMC と連携して使用した。
• LHC および電弱精度測定データの全範囲に対して、モデルを制限するために HiggsBounds および HiggsSignals を適用した。
• m_h = 125.9 GeV、m_H、m_A < 1 TeV、m_H± が 100 GeV から 1 TeV の間、tanβ ∈ [1,30]、α ∈ [−π/2, π/2]、m₁₂² ∈ [−50, 500]² GeV² のパラメータ空間におけるグローバルスキャンを実施した。
• 最終状態 f = WW, ZZ, bb̄, γγ, τ⁺τ⁻ に対して、信号強度 μ_f = (σ × BR)/(σ_SM × BR_SM) を定義し、SM 予想と比較した。
• 誤った符号シナリオが h→γγ および h→gg 崩壊に与える影響を、チャージドヒッグスループからの干渉効果に注目して分析した。
• 14 TeV LHC における κγ および κg の期待実験精度を、300 fb⁻¹ および 3000 fb⁻¹ のインテンシティ条件下で評価し、国際線形加速器（ILC）における精度も評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHC 8 TeV データ後、ダウンクォークへのヒッグスカップリングが負である「誤った符号」シナリオは依然として妥当性を保っているか？
• RQ2 ループ誘導過程でのヒッグス崩壊（h→γγ および h→gg）は、SM と誤った符号 2HDM でどのように異なるか？また、これらはダウンクォークヤコビアンカップリングの符号を探査するのに利用可能か？
• RQ3 将来の LHC ラン（14 TeV、高インテンシティ）における、ヒッグス信号強度の精密測定を通じて、誤った符号シナリオを検出可能な感度はどの程度か？
• RQ4 非分離性の振る舞いを示すチャージドヒッグスループが h→γγ に与える寄与は、誤った符号シナリオと SM を区別する測定可能なシグネチャを提供できるか？
• RQ5 LHC および国際線形加速器における κγ および κg の測定精度はどの程度期待されるか？また、これらはダウンクォークヤコビアンカップリングの符号の不確実性を解消できるか？

主な発見

• すべての最終状態（WW, ZZ, bb̄, τ⁺τ⁻, γγ）において、ループ寄与のキャンセレーションのおかげで、誤った符号シナリオは SM 信号強度の 20% 以内で妥当性を保っている。
• tanβ = 8 の場合、誤った符号シナリオでは Γ(h→WW/ZZ) がわずかに 6% 減少するが、これは μ_h^WW にほとんど影響しない。これは、大きな tanβ において sin(β−α) ≈ sin(β+α) となるためである。
• 誤った符号シナリオでは、高質量でもデカップリングしないチャージドヒッグスループからの破壊干渉効果により、h→γγ の崩壊幅が最大で約 10% 減少する。
• κγ 測定は、ダウンクォークヤコビアンカップリングの符号に敏感であり、κ_D → −1 のとき、SM と比較して幅が 1% 変化するが、主な寄与は非分離性のチャージドヒッグスループによるものである。
• 14 TeV LHC における κγ の期待実験精度は、300 fb⁻¹ 時に 5–7%、3000 fb⁻¹ 時に 2–5% であり、誤った符号シナリオの探査が現実可能である。
• 14 TeV LHC で高インテンシティ（3000 fb⁻¹）を実現すれば、κγ および κg の測定を通じて誤った符号シナリオを区別できる可能性が高く、κg と κγ の期待精度はそれぞれ 3–5% および 2–5% である。