[論文レビュー] What tell us LHC data about Higgs boson parity

I. F. Ginzburg|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、BSM理論における明確なパリティが保証されない状況下で、LHCの実験であるCMSとATLASがヒッグス粒子のパリティを決定的に特定できないと主張している。解析により、2HDMのようなCP対称性の破れを伴うモデルでは、125 GeVのヒッグス粒子に顕著なP-奇成分が存在しても、標準模型に類似したヒッグス信号強度を示しうることが示され、実験の結論はモデル依存的であり、限定されない限りタイトルは誤解を招くものとなる。

ABSTRACT

Recently CMS and ATLAS announced that they had measured the Higgs boson parity. Here we note that their approach can determine this parity only under the additional assumption that this particle has a definite parity. If parity conservation is violated in the Higgs sector, the parity of observed "Higgs" boson does not exist. The approach used in the mentioned experiments does not allow to observe such opportunity. In this sense titles of mentioned CMS and ATLAS publications are misleading.

研究の動機と目的

• LHCデータからのヒッグス粒子パリティ測定を、明確なパリティを仮定せずに主張することの妥当性に挑戦すること。
• CP対称性の破れを伴うモデル（例：2HDM）が、大きなP-奇成分を有するヒッグス粒子状態を生成できることを示すこと。
• 観測されたヒッグス信号強度（例：γγ、ZZ、tt̄h）が、顕著なP-奇成分を有しても依然として標準模型に類似したままであることを示すこと。
• 現在のLHC解析では、ヒッグス系におけるパリティ保存の破れを排除できないことを主張すること。
• パリティ決定のモデル依存性を反映させるために、CMSとATLASの出版物におけるタイトルをより正確にすることを提言すること。

提案手法

• CP保存およびCP破れの状況下でのヒッグス-ゲージボソン相互作用の有効ラグランジアンを分析する。
• P偶性（標準模型に類似）とP奇性（次元5演算子）の相互作用における、H→ZZ*およびH→WW*崩壊の運動量相関を比較する。
• 2HDMフレームワークを用いて、P偶性とP奇性のヒッグス状態の混合をモデル化し、主要近似においてZZZ結合がP偶性支配のままであることを示す。
• γγおよびZZ最終状態における標準模型に類似した信号強度を再現するためのヒッグスカップリング（χaV、χa±、χt）のパラメータセットを用いる。
• σ(gg→h→γγ)/σSM = 1およびσ(gg→h→ZZ)/σSM = 1を満たすが、顕著なP-奇成分を有するベンチマークパラメータセット（IおよびII）を導出する。
• ヤコビカップリングおよび複素位相の役割を、CP対称性の破れを調べるために検討し、ヒッグス粒子におけるパリティ保存の破れの普遍的測度は存在しないことに注意する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMSおよびATLASのLHC実験は、明確なパリティを仮定せずに、ヒッグス粒子のパリティを決定的に特定できるか？
• RQ2 2HDMにおけるCP対称性の破れを伴うヒッグス系は、標準模型に類似した信号強度を維持しつつ、顕著なP-奇成分を有するヒッグス粒子を生じる可能性はどの程度か？
• RQ3 CMSおよびATLASの論文が「パリティ測定」と主張するタイトルは、なぜ誤解を招く可能性があるのか？
• RQ4 現在のLHCデータは、125 GeVのヒッグス粒子におけるP-奇成分の混合にどのような制約を課しているか？
• RQ5 観測されたヒッグス粒子が純粋なP偶性状態ではないが、依然として標準模型のヒッグス信号強度を再現できる、妥当なBSMの状況は存在するか？

主な発見

• LHC実験がヒッグスパリティを決定づける手法は、明確なパリティを仮定する場合にのみ有効であり、これはBSM理論において保証されない。
• CP対称性の破れを伴う2HDMでは、125 GeVのヒッグス粒子が、γγおよびZZ崩壊チャネルにおいて標準模型に類似した信号強度を維持しつつ、最大30％（ケースI）または50％（ケースII）のP-奇成分を有する可能性がある。
• ベンチマークセット（I）では、P-奇成分が約30％に達し、χ1V = 0.9および(χ2V)² + (χ3V)² = 0.19を満たす。
• ベンチマークセット（II）では、P-奇成分が約50％に達し、χ1V = 0.8および(χ2V)² + (χ3V)² = 0.36を満たす。
• 同じ標準模型に類似した信号強度（γγおよびZZ最終状態）は、標準模型と強いCP対称性の破れを伴う2HDMの両方の状況で再現可能である。
• P-奇成分とヤコビ位相は独立したパrameterであるため、ヒッグス粒子におけるパリティ保存の破れの普遍的測度は存在しない。