[論文レビュー] The phenomenology of the di-photon excess and $h oτμ$ within 2HDM

Aielet Efrati, Jernej F. Kamenik+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2016

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、750 GeVの二光子共鳴とヒッグス粒子の $h \to \tau\mu$ 衰えを二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）で解釈し、観測された $h \to \tau\mu$ 確率と $h \to VV$ 衰えの制約が混合角 $\alpha_{vh}$ を共同で制限することを示している。これにより、$S \to \tau\mu$、$S \to VV$、$S \to hh$ 衰えに対する予測可能な境界が得られる。さらに、$\sim$750 GeVに位置する電荷をもつヒッグス $H^\pm$ が $Wh$、$\mu\nu$、$\tau\nu$ 終状態で観測可能であると予測している。

ABSTRACT

The diphoton excess around $m_S=750$ GeV observed at ATLAS and CMS can be interpreted as coming from $S=H$ and $A$, the neutral components of a second Higgs doublet. If so, then the consistency of the light Higgs decays with the Standard Model predictions provides upper bounds on the rates of $S o VV, hZ, hh$ decays. On the other hand, if $h oτμ$ decay is established, then a lower bound on the rate of $S oτμ$ decay arises. Requiring that $Γ_S\lesssim45$ GeV gives both an upper and a lower bound on the rotation angle from the Higgs basis $(Φ_v,Φ_A)$ to the mass basis $(Φ_h,Φ_H)$. The charged scalar, with $m_{H^\pm}\simeq750$ GeV, is produced in association with a top quark, and can decay to $μ^\pmν$, $τ^\pmν$, $tb$ and $W^\pm h$

研究の動機と目的

• 750 GeVの二光子共鳴と $h \to \tau\mu$ 衰えが二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）内で整合的かどうかを調査すること。
• 測定済みの $h$ カップリングと $h \to \tau\mu$ 分岐比を用いて、混合角 $\alpha_{vh}$ に制約を課すこと。
• 2HDMフレームワーク内での中性および電荷をもつヒッグスボソンの崩壊率と生成シグナルを予測すること。
• 特に $Wh$、$\mu\nu$、$\tau\nu$ 終状態において、$m_{H^\pm} \approx 750$ GeV の電荷をもつヒッグス $H^\pm$ の観測可能なシグナルを特定すること。

提案手法

• 混合角 $\alpha_{vh}$ を定義するためにヒッグス基底を用い、従来の $\alpha - \beta$ パrametrization と関連付ける。
• decay 確率の比較に $R^{S/h}_{XY} = \Gamma(S \to XY)/\Gamma(h \to XY)$ の比を導入し、$\alpha_{vh}$ とフレーバー依存パラメータ $\eta_f$ に依存する。
• モデルは第二のヒッグスダブルレットが主に第3世代フェルミオンに結合することを仮定し、$S$ の $ggF$ および $b\bar{b}$ 生成を可能にする。
• 電荷をもつヒッグスの崩壊率は、SU(2) 不変性と $R^{H^+/A}_{XYZ}$ の比を用いて計算され、分岐比は $\sin\alpha_{vh}$ とヤクバイ結合 $\hat{\eta}_{t,b}$ に依存する。
• $h \to VV$ のずれと $h \to \tau\mu$ 分岐比の制約を用いて、$\sin\alpha_{vh} \lesssim 0.2$ を制限し、$\sin\alpha_{vh} \sim 0.002$ 付近でより厳しい制限が得られる。
• 13 TeV の中心系エネルギーでのトップクォークと連携して $H^\pm$ が生成される率を評価し、$\mu\nu$ および $\tau\nu$ モードに感度限界を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 750 GeVの二光子共鳴と $h \to \tau\mu$ 衰えは、2HDMフレームワーク内で一貫して説明可能か？
• RQ2 観測された $h \to \tau\mu$ 分岐比と $h \to VV$ カップリングのずれは、混合角 $\alpha_{vh}$ にどのような制約を課すか？
• RQ3 2HDMにおいて $S \to \tau\mu$、$S \to VV$、$S \to hh$、$S \to Zh$ の分岐比は予測されるか？また、それらは $\alpha_{vh}$ にどのように依存するか？
• RQ4 $m_{H^\pm} \approx 750$ GeV の電荷をもつヒッグス $H^\pm$ の主な生成および崩壊チャネルは何か？また、LHCでどのように探査可能か？
• RQ5 $\mu\nu$ および $\tau\nu$ 分岐比は、レプトンのフレーバー不変破れのカイラリティ構造をどのように露わにするか？

主な発見

• $\sin\alpha_{vh} \lesssim 0.002$ のとき、$S \to \tau\mu$ 衰え率は $S \to \gamma\gamma$ と同等になり、それが支配的崩壊モードになる可能性がある。
• $\sin\alpha_{vh} \sim 0.2$ のとき、$S \to Zh$ 衰えが支配的になり、$h \to VV$ の制約により $S \to VV$ は抑制される。
• 質量が $\approx$750 GeV の電荷をもつヒッグス $H^\pm$ は、$Wh$、$\mu\nu$、$\tau\nu$ 終状態に崩壊すると予測され、$Wh$ は新規で複雑なシグナルである。
• $\mu\nu$ 終状態は、$\eta_{\mu\tau}$ に起因するフレーバー不変破れの明確なプローブを提供し、現在のLHCの制限が $\hat{\eta}_t$ と $\hat{\eta}_b$ を制限している。
• $H^\pm \to tb$ 衰えは750 GeVで探査するのは困難であり、現在の限界より10倍の感度向上が必要である。
• $H^\pm \to \ell^\pm \nu$ モードは10 fb$^{-1}$ の統合したフルエンスで検出可能であり、$\mu\nu$ は $\eta_{\mu\tau}$ に起因する $\tau\mu$ フレーバー不変破れの独自のシグナルを提供する。