[논문 리뷰] Addendum to "Constraints on and future prospects for Two-Higgs-Doublet Models in light of the LHC Higgs signal"

Béranger Dumont, John F. Gunion외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 11

한 줄 요약

이 보충자료는 2014년 여름에 발표된 LHC 힉스 신호 데이터를 바탕으로 유형 I 및 유형 II 두 개의 힉스 두중체 모델(2HDMs)에 대한 제약 조건을 갱신한다. 주로 125.5 GeV 힉스 보손의 업데이트된 신호 강도를 중심으로 분석한다. 2013년 분석과 비교해 매개변수 공간의 배제 범위에 큰 변화는 없으며, γγ 및 VV 모드에서 ggF 및 VBF의 신호 강도가 약간 상향 조정되어 낮은 신호 강도 점은 약간 배제되고, 유형 II 모델에서는 희귀한 새로운 허용 영역이 발생한다.

ABSTRACT

We update the constraints on Two-Higgs-Doublet Models of Type I and II discussed in arXiv:1405.3584 using the latest LHC measurements of the ~125.5 GeV Higgs signal as of Summer 2014. We provide explicit comparisons of the results before and after the Summer 2014 ATLAS and CMS updates. Overall, the changes with respect to arXiv:1405.3584 are rather small; to a large extent this is due to the fact that both the ATLAS and the CMS updates of the $γγ$ decay mode moved closer to SM expectations.

연구 동기 및 목표

• 2014년 여름에 발표된 신규 LHC 힉스 신호 측정치를 바탕으로 두 개의 힉스 두중체 모델(2HDMs) 유형 I 및 II의 타당성을 재평가하기 위해.
• ATLAS 및 CMS에서 제공한 업데이트된 신호 강도 결과가 125.5 GeV 힉스 보손의 경우 2HDMs의 허용 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 최신 데이터를 통합한 후 $\cos(\beta-\alpha)$ 대 $\tan\beta$ 및 $\sin(\beta-\alpha)$ 대 $\tan\beta$ 평면에서 새로운 또는 배제된 영역이 있는지 확인하기 위해.
• 최신 데이터가 특정 2HDM 시나리오, 특히 경량 편미분자 또는 비표준 결합을 가진 경우를 선호하거나 기각하는지 평가하기 위해.
• Dumont 등(2014년, arXiv:1405.3584)의 2013년 결과들이 업데이트된 실험 제약 조건 하에서도 얼마나 견고한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 매개변수 공간 탐색의 일관성을 유지하기 위해 Dumont 등(2014)에서 사용한 동일한 스캔 포인트를 재사용하였다.
• 최신 전 세계 피팅 결과(Bernon 등, 2014)를 활용해 신호 강도에 대한 $\chi^2$ 계산을 갱신했으며, $\mu_{\rm ggF+ttH}(Y)$ 및 $\mu_{\rm VBF+VH}(Y)$에 대해 $Y = \gamma\gamma, VV, b\bar{b}, \tau\tau$ 채널에서 적용하였다.
• 업데이트된 신호 강도 값 적용: $\widehat{\mu}_{\rm ggF+ttH}(\gamma\gamma) = 1.25 \pm 0.24$ 및 $\widehat{\mu}_{\rm VBF+VH}(\gamma\gamma) = 1.09 \pm 0.46$이며, 상관계수 $\rho = -0.30$.
• 모든 제약 조건을 충족하고 2014년의 신호 강도에 대해 95.4% 신뢰수준 내에 들어오는 점들을 'postLHC8(2014)-FDOK' 점으로 정의하였다.
• 원래 연구에서의 'postLHC8(2013)-FDOK' 점들과 비교하여 변화를 정량화하였다.
• 상관계수 구조 및 신호 강도 평면을 활용해, 특히 유형 I 및 유형 II 모델에서 허용 영역의 이동을 시각화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 업데이트된 2014년 LHC 신호 강도 측정치는 2HDM 유형 I 및 II 모델의 허용 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 2014년 갱신 후 $\cos(\beta-\alpha)$ 대 $\tan\beta$ 평면에서 새로운 허용 영역이 생겼는가, 특히 유형 II 모델에서 그렇다면?
• RQ3 2014년의 새로운 신호 강도 값은 2013년 대비 $\mu_{\rm ggF+ttH}(\gamma\gamma)$ 및 $\mu_{\rm VBF+VH}(\gamma\gamma)$의 선호되는 값에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 2014년 결과는 힉스 보손의 비가시 또는 이국적인 붕괴($h \to AA$ 등)에 대한 제약 조건을 강화하거나 완화하는가?
• RQ5 업데이트된 결과는 2HDM에서 경량 편미분자($m_A < 100$ GeV)를 가진 시나리오의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 2014년 ATLAS 및 CMS의 업데이트로 인해 2013년 분석 대비 2HDM 매개변수 공간의 허용 범위에 큰 변화는 없었다.
• $\mu_{\rm ggF+ttH}(\gamma\gamma)$의 중심값은 0.98에서 1.25로 상승하였고, $\mu_{\rm VBF+VH}(\gamma\gamma)$는 1.72에서 1.09로 감소하여 표준모형(SM)에 더 가까운 행동을 보였다.
• 유형 I 모델에서는 큰 $|\cos(\beta-\alpha)|$ 값이 약간 더 제약을 받고 있으며, 유형 II 모델에서는 $\cos(\beta-\alpha) \approx -0.1$ 근처 및 $\tan\beta \lesssim 2$ 영역이 이제 배제된다.
• 유형 II 모델에서는 약간 더 큰 양의 $\cos(\beta-\alpha)$ 값이 허용되며, 2013년에는 배제되었던, 더 높은 $\mu_{\rm ggF+ttH}(\gamma\gamma)$ 및 $\mu_{\rm VBF+VH}(\gamma\gamma)$ 값을 가진 몇몇 새로운 점들이 허용된다.
• 유형 II 모델에서 $C_D$ 부호가 뒤집힌 바나나 모양의 영역은 여전히 타당하며, $\tan\beta \approx 3$에서 $40$까지 연장된다.
• 질량이 $m_H \sim 125.5$ GeV인 시나리오에서는 $\sin(\beta-\alpha)$의 범위가 약간 좁아졌고, 유형 II 모델은 주로 정렬/분리 조건 영역에 국한되어 있으며, 큰 $\sin(\beta-\alpha)$ 값을 가진 희귀한 점 외에는 거의 존재하지 않는다.