[論文レビュー] Two-photon Higgs width and triple Higgs coupling in 2HDM at SM-like scenario

I. F. Ginzburg|arXiv (Cornell University)|May 8, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、標準模型に類似した状況下における2HDM（2Higgs-Doublet Model）において、2光子Higgs崩壊幅および3Higgs結合のずれを調査する。$H^+H^-h_1$結合が大きい場合、両観測量に顕著なずれが同時に生じる可能性があることが示され、直接的なcharged Higgsの発見以前に新しい物理学の間接的証拠が得られる可能性が示唆される。

ABSTRACT

Within 2HDM, sizable deviations of the triple Higgs coupling and the two-photon Higgs width from their SM values can have a common origin. If SM-like scenario for the observed Higgs boson is realized, mentioned deviations can be either visible simultaneously or not observable at the LHC.}

研究の動機と目的

• SMに類似した状況下における2HDMにおいて、2光子Higgs幅と3Higgs結合に顕著なずれが同時に存在するかどうかを調査すること。
• 直接的なcharged Higgsボソンの検出が得られない状況下でも、これらのずれがどのようにしてLHCで観測可能となるかを特定すること。
• ループ誘導Higgs崩壊および自己結合における観測可能な効果を生成する際の$H^+H^-h_1$頂点の役割を調査すること。
• 直接的な新しいHiggs状態の発見が困難な状況下で、間接的シグナルを通じて新しい物理学の効果を検出可能かどうかを評価すること。
• CP破れ効果および重い中性Higgsボソンが、非標準的Higgs結合の観測可能性に与える影響を検討すること。

提案手法

• Higgs結合におけるSM予測からのずれを表すために、相対的結合$\chi^P_a$および$\chi^\pm_a$を用いる。
• Higgs系のユニタリティおよびヘルミート性から導かれる和則を適用し、パラメータ空間を制約する。
• $H^\pm$およびCP奇性成分を含むループ貢献を用いて、2光子崩壊幅$\Gamma(h_1 \to \gamma\gamma)$を分析する。
• $\chi^\pm_1$を用いて3Higgs結合$g(h_1h_1h_1)$を評価し、$H^+H^-h_1$頂点強度への感受性を示す。
• パラメータ空間の極端な領域（$M_{2,3} \gtrsim \text{TeV}$ または $\chi^\pm_a \gtrsim 10$）を検討し、非自明な効果を評価する。
• 現実的なずれを中程度のパラメータ設定下で評価するため、$\varepsilon_V^1 \approx 0.1$を用いた数値推定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDMにおける2光子Higgs幅および3Higgs結合が、SMの値から顕著にずれる条件は何か？
• RQ2 $H^+H^-h_1$結合は、$\Gamma(h_1 \to \gamma\gamma)$および$g(h_1h_1h_1)$における観測可能なずれとどのように関係しているか？
• RQ3 2光子幅に大きな効果がない状況で、3Higgs結合に大きなずれが生じる可能性はあるか、それとも必然的に相関しているのか？
• RQ4 重い中性Higgsボソン（$M_{2,3} \gtrsim \text{TeV}$）または強く結合する$h_a H^+H^-$頂点は、観測可能な効果を生成する上で果たす役割は何か？
• RQ5 $\varepsilon_V \sim 0.1$のSMに類似した状況下で、$H^\pm$の直接的発見が得られない状況でも、新しい物理学の間接的シグナルは検出可能か？

主な発見

• 2HDMにおいて、$H^+H^-h_1$頂点が大きく、かつ$M_\pm$が中程度の値であっても、2光子Higgs幅および3Higgs結合の両方における顕著なずれが同時に存在しうる。
• $B_\pm \chi_1^\pm$の積（ここで$B_\pm \sim M_\pm^2/v$）が大きいと、$|\chi(h_1h_1h_1) - 1| \gtrsim 1$となり、3Higgs結合が強く修正されていることが示唆される。
• 同時に、こうした大きな$H^+H^-h_1$結合は$\Gamma(h_1 \to \gamma\gamma)$における顕著なずれを引き起こし、これが主要な間接的プローブとなる。
• 中程度のパラメータ設定下では、$H^+H^-h_1$結合が強化されたり、$h_2, h_3$状態が非常に重い（$> \text{TeV}$）場合を除き、3Higgs結合のずれは起こりにくい。
• $M_2 \in (250, 400)$ GeVで$|\chi^t_2| > 1$の場合、$h_2$状態は幅が小さく、SMのHiggsよりもグルーオン融合断面積が大きくなるため、LHCにおける共鳴的$gg \to h_2 \to h_1h_1$生成が可能になる。
• $\chi^\pm_a \gtrsim 10$の場合、$M_a$が125 GeVに近い場合でも、$h_a$の2光子幅はSM予測から顕著にずれる。