[論文レビュー] Vector like leptons with extended Higgs sector

Sumit K. Garg, C. S. Kim|arXiv (Cornell University)|May 21, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 35被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ベクトル状態のレプトン世代を含む拡張された2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を検討し、追加のスカラー・ダブルレットが電弱精度パラメータ（S、T、U）の制約を緩和することを示している。これにより、ベクトル状態のフェルミオン間のより大きなヤクバイ係数と質量差が許容可能になる。さらに、この状況はヒッグス粒子の二光子への崩壊断面積を増幅させ、LHCの二光子チャネルで観測された過剰を説明する有効な解釈を提供する。

ABSTRACT

We examined the influence of additional scalar doublet on the parameter space of the Standard Model supplemented with a generation of new vector like leptons. In particular we identified the viable regions of parameter space by inspecting various constraints especially electroweak precision (S, T and U) parameters. We demonstrated that the additional scalar assists in alleviating the tension of electroweak precision constraints and thus permitting larger Yukawa mixing and mass splittings among vector like species. We also compared and contrasted the regions of parameter space pertaining to the latest LHC Higgs to diphoton channel results in this scenario with vector like leptons in single Higgs doublet and pure two Higgs doublet model case.

研究の動機と目的

• ベクトル状態のレプトン世代が拡張された2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）内に実現可能であるかを検討すること、特に電弱精度制約に注目する。
• イナートスカラー・ダブルレットの追加が、ベクトル状態のフェルミオンを含む標準模型（SM）のパラメータ空間にどのように影響するかを評価すること。
• ベクトル状態のフェルミオンと拡張されたスカラー・セクターが、ヒッグス粒子の二光子への崩壊断面積（h → γγ）に与える影響を評価すること。
• 本モデルの二光子信号強度予測を、シングル・ヒッグス・ダブルレットと純粋な2HDMのシナリオと比較すること。
• 電弱精度、真空安定性、摂動論的性、ユニタリティ制約を満たすパラメータ領域を特定すること。

提案手法

• モデルには2つのヒッグス・ダブルレットが含まれる：1つはフェルミオン（ベクトル状態のレプトンを含む）とカップルするもので、もう1つはZ₂対称性の下でイナートである。この対称性により、木レベルのフラバー変換中性カレントが禁止される。
• 電弱精度パラメータS、T、Uは、スカラーおよびベクトル状態フェルミオン系の1ループ寄与から計算され、ゲージボソンの2点関数から導かれた解析的式が用いられる。
• ヒッグス粒子の二光子崩壊断面積は、電荷を帯びたスカラーおよびベクトル状態フェルミオンのループからの1ループ寄与を用いて計算され、適切な運動量不変量を伴う標準的なループ関数V₁(x)、F₁/₂(x)、C₀(x)が使用される。
• パラメータ空間における数値スキャンが実施され、電弱精度観測、真空安定性、摂動論的性、ユニタリティ制約が課される。
• 二光子信号強度σ/σ_SMが、3つのシナリオ（SMにベクトル状態レプトンを含む、SMにシングル・ヒッグス・ダブルレットを含む、提案された2HDMにベクトル状態レプトンを含む）で評価され、比較される。
• 分析は、軽いCP偶性スカラーが125 GeVのヒッグス粒子と特定されるイナート・ダブルレット・モデル（IDM）フレームワークに従う。このとき、イナート・ダブルレットはヤクバイカップリングに対して電荷を持たない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDMにおけるイナートスカラー・ダブルレットの追加により、ベクトル状態レプトンに起因する電弱精度パラメータ（S、T、U）の緊張が緩和可能か？
• RQ2 電弱精度制約と理論的整合性（真空安定性、ユニタリティ、摂動論的性）を同時に満たす条件下で、ベクトル状態レプトンの有効なパラメータ領域は何か？
• RQ3 ベクトル状態レプトンと拡張されたスカラー・セクターが存在する場合、ヒッグス粒子の二光子崩壊断面積は、標準模型（SM）およびシングル・ヒッグス・ダブルレット・モデルと比較してどのように変化するか？
• RQ4 LHCの二光子チャネルにおける観測された過剰（σ/σ_SM ≈ 1.65）は、このモデル構成でどの程度説明可能か？
• RQ5 この拡張モデルにおいて、二光子崩壊断面積のループ誘導項に、フェルミオン状態とスカラー状態の寄与がそれぞれどのように寄与しているか？

主な発見

• 追加のイナートスカラー・ダブルレットの導入により、スカラーとフェルミオンの寄与がS、T、Uパラメータにおいて相殺され、電弱精度制約が顕著に緩和される。
• 2HDMフレームワークでは、オブリクス補正におけるより良いキャンセレーションのおかげで、シングル・ヒッグス・ダブルレットの場合と比較して、より大きなヤクバイ係数とベクトル状態フェルミオン間の質量差が許容可能になる。
• このモデルは、ヒッグス粒子の二光子崩壊断面積の顕著な増幅を予測しており、有利なパラメータ領域では信号強度がσ/σ_SM ≈ 1.65に達する。これはATLASの過剰と整合的である。
• CMSの二光子信号強度（σ/σ_SM ≈ 1.11）も、パラメータ空間の一部では許容範囲内にあり、現在のデータと整合的であることが示された。
• 真空安定性、摂動論的性、ユニタリティといった理論的制約が、特定された有効な領域で満たされており、このモデルが素粒子物理学的現象の背後に整合的であることが確認された。
• 2HDMにベクトル状態レプトンを含むモデルにおける二光子信号強度は、単独のベクトル状態レプトンを含むSMを上回り、純粋な2HDMケースと競合可能な水準に達しており、フェルミオンのループが崩壊断面積を増幅させる役割を果たしていることが強調される。