[論文レビュー] Updated constraints on the Georgi-Machacek model from LHC Run 2

Ameen Ismail, Heather E. Logan+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、LHCラン2のデータを用いてGeorgi-Machacekモデルの実験的制約を更新し、HiggsBounds 5.2.0とHiggsSignals 2.2.1をGMCALCモデル計算機に統合することで、HiggsBoundsに含まれない追加の直接探索制約を実装した。特に、二重に電荷を帯びたヒッグスボソンのVBFおよびDrell-Yan生成、およびH⁰₅ → γγ崩壊の制約を含む。主な結果として、125 GeVヒッグスボソンのカップリング測定よりも、新しいヒッグスボソンの直接探索がより強い制約を与えることが判明し、特にH⁰₃ → ZhおよびH → hhのチャンネルが感受性が非常に高いことが示された。

ABSTRACT

We study the experimental constraints on the Georgi-Machacek model from direct searches for the new Higgs bosons and measurements of the properties of the discovered 125 GeV Higgs boson. We apply these by interfacing the public codes HiggsBounds 5.2.0 and HiggsSignals 2.2.1, which implement a large collection of direct-search constraints on extra Higgs bosons and measurements of the properties of the 125 GeV state to the model calculator GMCALC. We also implement constraints involving searches for doubly-charged Higgs bosons and Drell-Yan production of a neutral Higgs with decays to photon pairs directly into GMCALC; these channels are not included in HiggsBounds but provide important constraints on the model, especially at low mass. We identify new constraints on the model from $H_3^0 o Z h$ and $H o hh$ and point out that these channels remain promising. We also determine the allowed range of couplings of the SM-like Higgs boson after all experimental constraints are applied and show that the direct searches for additional Higgs bosons are generally more constraining than the measurements of the 125 GeV Higgs boson couplings. The updated GMCALC code will be released as version 1.5.0.

研究の動機と目的

• 最新のLHCラン2データを用いてGeorgi-Machacekモデルの実験的制約を更新すること。
• HiggsBoundsにカバーされていない、二重に電荷を帯びたヒッグスボソンおよびH⁰₅ → γγの直接探索制約を実装すること。
• 125 GeVヒッグスボソンカップリングの精度測定と直接探索の相対的な強度を評価すること。
• 将来のLHC実験における有望な新しい探索チャンネルを同定すること。
• HiggsBounds/HiggsSignalsインターフェースを統合した更新版GMCALC 1.5.0をリリースすること。

提案手法

• Georgi-Machacekモデルに対するグローバル制約を適用するために、GMCALCをHiggsBounds 5.2.0およびHiggsSignals 2.2.1に統合した。
• HiggsBoundsの制限を回避するために、二重に電荷を帯びたヒッグスボソンのVBFおよびDrell-Yan生成、およびH⁰₅ → γγ崩壊の直接制約をGMCALCに直接実装した。
• 許容されるパラメータ空間をマップするために、高質量および低質量領域におけるパラメータスキャンを実施した。
• 125 GeVヒッグスボソンカップリング測定からの制約を評価するためにHiggsSignalsを用いた。
• モデルの制約において、直接探索と精度測定の相対的な強度を比較した。
• HiggsBounds/HiggsSignals統合と新しい探索チャンネル実装を備えた更新版GMCALC 1.5.0をリリースした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのLHCラン2の探索チャンネルがGeorgi-Machacekモデルに対して最も厳しい制約を与えるか？
• RQ2 新しいヒッグスボソンの直接探索は、125 GeVヒッグスボソンカップリングの精度測定と比べてどの程度強いか？
• RQ3 二重に電荷を帯びたヒッグスボソンのVBFおよびDrell-Yan生成を含めることで、モデルの制約にどのような影響を与えるか？
• RQ4 どの崩壊チャンネル（例：H⁰₃ → Zh、H → hh）がGeorgi-Machacekモデルにおける新しい物理に最も感受性が高いか？
• RQ5 更新された制約は、標準模型に類似したヒッグスボソンのカップリングの許容範囲にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 追加のヒッグスボソンの直接探索により、125 GeVヒッグスボソンのベクトルボソンへのカップリングは、標準模型の値の±20%以内に制約される。
• 追加のヒッグスボソンの直接探索により、フェルミオンカップリングは標準模型の値の±30%以内に制約されるが、125 GeVヒッグスボソンの精度測定は弱い制約にとどまる。
• 二重に電荷を帯びたヒッグスボソンのVBF生成で、同じ電荷のWボソンに崩壊する場合、特に低質量領域でモデルに対して最も厳しい制約を与える。
• 中性のH⁰₅ボソンのDrell-Yan生成で、二重光子に崩壊する場合、特にカスティオドル五重項状態において、低質量領域で重要な制約を与える。
• H⁰₃ → ZhおよびH → hhの崩壊は、そうでなければ制約のない小さなパラメータ空間領域を除外するため、将来のLHC探索の有望なターゲットとなる。
• 更新されたGMCALC 1.5.0コードは、HiggsBoundsにない主要な探索チャンネルを直接実装しており、制約感度を顕著に向上させている。