[論文レビュー] Two Higgs Doublet Model, Standard Model-like Scenario and Resolving SM from 2HDM at Photon Colliders

I. F. Ginzburg, M. V. Vychugin|ArXiv.org|Jan 14, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、CP違反およびフレーバー変換中性荷電現在を抑制した自然な2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を検討し、LHCおよび$e^+e^-$衝突機でSMからのずれが観測されないという標準模型に類似した状況—すなわち、2HDMの広いパラメータ空間においても依然として成立する—を示している。また、光子衝突機の過程$ \gamma\gamma \to h$および$e\gamma \to eh$が、この自然な2HDMとSMを区別できることを示しており、1\sigmaの実験的精度でも検出可能な二光子幅の顕著なずれが生じることを示している。

ABSTRACT

1. Discussing 2HDM and Higgs potential, we find the parameters range giving naturally weak effects of CP violation and Flavor Changing Neutral Currents. Within this approach, the widely discussed decoupling limit with heavy $H^\pm$, $H$ and $A$ corresponds to an unnatural set of 2HDM parameters. 2. We define the SM--like scenario as that in which after LHC and e^+e^- LC operations no visible deviations from the minimal SM will be found. We find all the parameter ranges of 2HDM compatible with this scenario. 3. We show that the study of Higgs boson production at Photon Colliders (processes $γγ o h$ and $e γ o eh$) can help to distinguish minimal SM from 2HDM with natural set of parameters.

研究の動機と目的

• CP違反およびFCNC効果が抑制された自然な2HDMのパラメータ空間を特定し、不自然なデカップリング限界を避けること。
• LHCおよび$e^+e^-$衝突機でSMの予測からの観測可能なずれがないという状況を定義・特徴づけるSMに類似した状況を2HDMで定義すること。
• 光子衝突機実験が、ヒッグス生成の$\gamma\gamma$および$e\gamma$過程に基づいて自然な2HDMとSMを区別できる可能性を評価すること。
• 特に自然なヤコビ係数カップリングを持つ解を含め、異なる2HDM解に対する$\gamma\gamma \to h$および$e\gamma \to eh$断面積の感度を分析すること。

提案手法

• CP違反およびFCNCを抑制する$Z_2$対称性を有する一般の2HDMヒッグスポテンシャルを用い、$Z_2$のソフト破れによる微小な$(\phi_1,\phi_2)$混合を許容する。
• 高エネルギー衝突機でSMの予測からの観測可能なずれがない状況としてSMに類似した状況を定義し、この条件下での許容可能な2HDMパラメータ範囲をマップする。
• ヒッグスカップリング$\chi_i^\phi$をSM値に対して相対的に計算し、二光子幅のずれを定量化するために$|\chi_{\gamma\gamma}|^2$の比を用いる。
• 2HDMにおける$\gamma\gamma \to h$および$e\gamma \to eh$断面積を計算し、SMの予測と比較する。予想される1$\sigma$実験的境界のもとでの感度分析も行う。
• フェルミオンカップリングのパターンに基づき、解をタイプAおよびBに分類する：Aは$\chi_u = \chi_d = \chi_V = 1$を仮定するが、Bは$\chi_u + \chi_d \approx 0$を仮定し、これにより二光子幅の挙動が著しく異なる。
• 自然性の要請を満たすために、$H^\pm$ループ寄与をモデル化する際、$|\chi_{\gamma\gamma}|^2 = 1 - R_{\gamma\gamma}(1 - |\mu^2|/M_{H^\pm}^2)$の関係を用い、$\mu \lesssim v$とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの2HDMパラメータ範囲でCP違反およびFCNC効果が自然に抑制され、デカップリング限界を避けることができるか？
• RQ2 LHCおよび$e^+e^-$衝突機でSMからのずれが観測されないという状況を満たす、2HDMの妥当な実現は何か？
• RQ3 光子衝突機の過程$\gamma\gamma \to h$および$e\gamma \to eh$は、自然な2HDMとSMを区別できるか？また、どの感度で区別可能か？
• RQ4 異なる2HDM解（AおよびB）は、二光子ヒッグス幅および$e\gamma \to eh$断面積にどのように影響を与え、実験的に区別可能か？
• RQ5 $H^\pm$ループ寄与は、2HDMにおけるヒッグスカップリングをどの程度変更できるか？また、これはSMからのずれの検出可能性にどのように影響するか？

主な発見

• 微小な$(\phi_1,\phi_2)$混合とCP/FCNC効果の抑制を持つ自然な2HDMは、不自然なパラメータを要するデカップリング限界とは明確に異なる広いパラメータ空間に対応する。
• 2HDMにおけるSMに類似した状況には、デカップリング限界に加え、軽いcharged Higgsボソンを伴う他の多数の実現も含まれる。
• 自然な2HDMにおける二光子ヒッグス幅は、SM値から顕著にずれる可能性があり、解$B_{h+u}$では最大20%のずれが生じるため、光子衝突機で検出可能である。
• $M_h < 160$ GeVの領域では、$e\gamma \to eh$断面積が顕著に増加するため、特に解$B_{h+u}$において、$t$-クォークループ寄与により、大きな補完的感度を提供する。
• 解$B_{\phi\pm u}$では、強いCP違反やFCNC効果に依存せず、粗い実験的測定でも$\gamma\gamma \to h$幅に顕著なずれが観測される。
• 本稿では、観測されたヒッグスが2HDMスペクトルの最も軽い状態（$h_1$）か最も重い状態（$H$）かを、$\gamma\gamma$または$e\gamma$過程のみでは区別する方法が存在しないことを発見した。