[논문 리뷰] Complementarity of LHC and EDMs for Exploring Higgs CP Violation

Chien-Yi Chen, S. Dawson외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 37인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 두 힉스 도우블렛 모형(2HDM) 내에서 힉스 섹터의 CP 위반을 제약하는 데 있어 대형 하드론 충돌기(LHC) 힉스 보손 측정과 전기 이중극 모멘트(EDM) 실험 간의 상호보완성을 조사한다. LHC에서의 무거운 힉스 보손 탐색이 힉스 결합 측정보다 더 강력한 제약를 제공하며, EDM 실험은 이를 보완함으로써 126 GeV 힉스 보손의 CP-홀드 성분에 대한 통합 상한을 이끌어낸다.

ABSTRACT

We analyze the constraints on a CP-violating, flavor conserving, two Higgs doublet model from the measurements of Higgs properties and from the search for heavy Higgs bosons at LHC, and show that the stronger limits typically come from the heavy Higgs search channels. The limits on CP violation arising from the Higgs sector measurements are complementary to those from EDM measurements. Combining all current constraints from low energy to colliders, we set generic upper bounds on the CP violating angle which parametrizes the CP odd component in the 126 GeV Higgs boson.

연구 동기 및 목표

• LHC 힉스 측정과 EDM 실험을 통해 맛을 보존하는 두 힉스 도우블렛 모형(2HDM) 내에서 CP 위반 매개변수에 대한 제약를 평가하기.
• 무거운 힉스 보손 탐색과 힉스 결합 피팅, EDM 측정 간의 제약 강도를 비교하기.
• 가속기 및 저에너지 실험 데이터를 조합하여 126 GeV 힉스 보손의 CP-홀드 성분에 대한 통합 상한을 유도하기.
• LHC 힉스 데이터, EDM, 오블리크 매개변수, g-2 간의 상호작용을 분석하여 2HDM 내 CP 위반 위상에 대한 제약를 조사하기.
• 특히 힉스 결합이 표준모형(SM)과 유사한 '정렬 한계'에서의 CP 위반에 대한 기존 제약를 업데이트하고 정밀화하기.

제안 방법

• 맛을 보존하는 CP 위반 2HDM를 분석하며, 맛을 변화시키는 중성미온의 위험을 줄이기 위해 부드럽게 깨진 Z2 대칭성을 도입한다.
• LHC에서 측정된 힉스 생성 및 붕괴율을 사용하여 혼합 각도와 CP 위반 위상을 제약한다.
• LHC에서의 무거운 힉스 보손 탐색 채널(예: bb, ττ, WW, ZZ)의 제약를 적용하여 매개변수 공간을 제한한다.
• 저에너지 EDM 측정(특히 전자 EDM)을 활용하여 힉스 결합의 허수 부분을 제약한다.
• 히iggs 결합 피팅, 무거운 힉스 탐색, EDM, 오블리크 매개변수, g-2의 제약를 통합하여 CP-홀드 혼합 각도에 대한 전반적 상한을 도출한다.
• 톱 및 바텀 쿼크 루프를 통한 고리 유도 기여를 통해 EDM를 분석하며, 효과적 힉스-페르미온 결합 및 고리 함수에 대한 해석적 표현을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 힉스 결합 측정은 2HDM에서 126 GeV 힉스 보손의 CP-홀드 성분에 대해 어떻게 제약를 가하는가?
• RQ2 2HDM에서 무거운 힉스 탐색과 EDM 측정 간의 제약 강도는 어떻게 비교되는가?
• RQ3 매개변수 공간의 어떤 영역에서 LHC에서의 무거운 힉스 탐색이 CP 위반에 대해 가장 엄격한 제약를 가하는가?
• RQ4 2HDM의 정렬 한계에서 힉스 결합 피팅 제약와 EDM 제약는 어떻게 비교되는가?
• RQ5 모든 현재 데이터를 통합했을 때 126 GeV 힉스 상태의 CP 위반 혼합 각도에 대한 통합 상한은 무엇인가?

주요 결과

• LHC에서의 무거운 힉스 보손 탐색은 힉스 결합 측정보다 2HDM 내에서 CP 위반에 대해 더 강력한 제약를 제공하며, 특히 tanβ가 작은 경우 더욱 그렇다.
• 정렬 한계에서 힉스 결합 피팅의 제약는 약해지며, 이 경우 EDM가 주요 탐색 수단이 된다.
• EDM 측정, 특히 전자 EDM 실험을 통해 2HDM 내 힉스 결합의 허수 부분에 대해 가장 엄격한 제약가 가능하다.
• LHC 힉스 데이터와 EDM 제약의 조합은 126 GeV 힉스 보손의 CP-홀드 혼합 각도에 대한 일반적인 상한을 도출하며, 개별 제약보다 향상된 결과를 얻는다.
• 경량의 채널 힉스 보손이 존재하는 매개변수 공간 영역에서는 LHC의 무거운 힉스 탐색 채널(예: H→bb, H→ττ)이 CP 위반에 대한 제약를 주로 담당한다.
• 본 연구는 기존의 2HDM 내 CP 위반 제약를 업데이트하고 정밀화하며, EDM와 무거운 힉스 탐색이 상호보완적임을 보여주며, 단일 채널로는 전체 그림를 완전히 파악할 수 없음을 시사한다.