[論文レビュー] The Higgs singlet extension at LHC Run 2

Guillaume Chalons, David López-Val+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、LHCラン2における1 TeVまでの高エネルギーHiggsボソン（H）の素粒子物理学的性質に焦点を当て、標準模型の実Higgsシングレット拡張を検討する。電弱精度観測量、直接LHC探索、Higgs信号強度からの最新の制約を提示するとともに、ゲージパラメータに依存しない結果を得るための次-leading order（NLO）電弱補正をH→hhの崩壊幅に計算し、数パーセント程度のやや小さい補正と、千分の一レベルの理論的不確実性を得た。

ABSTRACT

We discuss the current status of theoretical and experimental constraints on the real Higgs singlet extension of the Standard Model. For the second neutral (non-standard) Higgs boson the mass range up to 1 TeV accessible at past and current collider experiments is considered. We furthermore discuss electroweak corrections to the H to hh partial decay width within this model.

研究の動機と目的

• LHCラン2のデータを用いて、標準模型の実Higgsシングレット拡張に関する理論的および実験的制約を更新すること。
• 直接探索、信号強度、精度観測量を考慮して、質量が1 TeVまでの重いHiggsボソン（H）の可能性を評価すること。
• ゲージパラメータに依存しない方法で、H→hh崩壊幅に対する次-leading order（NLO）電弱補正を計算すること。
• 真空安定性、摂動的有界性、ユニタリティ、電弱精度測定と整合すること。
• 現在のすべての制約を満たすベンチマーク・スケナリオと、14 TeV LHCにおける生成断面積の予測を提供すること。

提案手法

• モデルは、Z₂対称性を保つ実スカラーフィールドSを標準模型のHiggs系に追加し、m²、μ²、λ₁、λ₂、λ₃を含む一般のローレンツ不変なスカラーポテンシャルを持つ。
• 物理的Higgs状態hとHは混合角αによって定義され、hは125 GeVのSMに類似したHiggsであり、Hはより重い状態である。入力パラメータとしてmₕ、mₕ、sinα、v、およびtanβ = v/vₛを用いる。
• HiggsBounds 4.3.1およびHiggsSignals 1.4.0を用いて制約を導出し、LHCラン2の制限、信号強度測定、電弱精度観測量（S、T、U）を統合する。
• 非線形ゲージ固定は、非線形量δ̃ᵢに依存するゲージ固定ラグランジアンを用いて実装され、Sloopsフレームワークを介して自動的一次元ループ計算が行われる。
• 自己エネルギーをp*² = (mₕ² + mₕ²)/2で評価し、ξW = ξZ = 1およびδ̃ᵢ = 0とした改良されたオンシェル方式により、H→hh崩壊幅補正のゲージパラメータ依存性を排除する。
• 二つの独立したモデル実装を用いて結果の妥当性を検証し、電弱パラメータのαₐₘ入力方式で補正を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実Higgsシングレットモデルにおける重いHiggsボソンHの質量と混合角に関する現在の実験的および理論的制約は何か？
• RQ2 電弱精度観測量、真空安定性、摂動的有界性がシングレットモデルの許容パラメータ空間にどのように制限を加えるか？
• RQ3 H→hh崩壊幅に対する次-leading order（NLO）電弱補正は何か？また、hとHの質量にどのように依存するか？
• RQ4 LHCラン2の信号強度測定と直接探索は、モデルにおけるHiggs生成断面積にどの程度制限を加えるか？
• RQ5 非線形的にゲージ化されたスカラーモデルにおいて、H→hh崩壊幅に対してゲージパラメータに依存しない結果を信頼性高く得ることは可能か？

主な発見

• 最大許容|sinα|は、複数の観測量によって制限される。特に、電弱精度観測量（S、T、U）およびWボソン質量測定が、高質量領域で最も強い制限を与える。
• RGで進化した結合定数λ₁の摂動的有界性とユニタリティ制約が、パラメータ空間をさらに制限する。特に、tanβ = 0.1のとき、λ₁の摂動的有界性が非常に感受的である。
• 14 TeV LHCにおけるH→SM終状態の生成断面積は、信号強度測定の1σおよび2σ範囲内に制限され、直接LHC探索によって広範囲が除外される。
• H→hh崩壊において、NLO電弱補正による部分幅の補正は通常数パーセントのオーダーであり、理論的不確実性は千分の一レベルである。
• p*² = (mₕ² + mₕ²)/2、ξW = ξZ = 1、δ̃ᵢ = 0の条件下で、改良されたオンシェル方式により、δm²ₕₕのゲージパラメータに依存しない結果が達成され、物理的整合性が保証される。
• 図3のイエローディスプレイ領域は、摂動的有界性の破れを示しており、大規模なH質量に対して、vₛ/vとして定義される大きなtanβ値は除外されることを示している。