[논문 리뷰] H o\gamma\gamma in the Complex Two Higgs Doublet Model

Abdesslam Arhrib, Chuan-Hung Chen외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 9인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 명시적 CP 위반을 포함한 복소 두 힉스 두중체 모형(c2HDM)에서 H→γγ 붕괴를 조사하며, 큰 CP 위반 위상이 이중 광자 붕괴율을 최대 3배로 증가시키고 b̄b 붕괴를 억제함으로써 125 GeV에서 LHC의 이중 광자 초과 현상과 일치함을 보여준다. 또한, 국제 선형 충돌기에서 측정 가능한 10%에 이르는 광자 스핀 분포의 CP 비대칭도가 가능함을 입증한다.

ABSTRACT

We explore the parameter regions in the complex Two Higgs Doublet Model (c2HDM) with explicit CP violation that can describe current LHC hints for one or more Higgs boson signals at 125 GeV. Such a simple extension of the Standard model has three neutral Higgs bosons and a pair charged Higgs and leads to rich CP-violating sources including the CP-even CP-odd mixing of the neutral Higgs bosons. Within this model we present the production of light Higgs boson at the LHC followed by its decay into two photons. Our numerical study takes into account theoretical and experimental constraints on the Higgs potential like positivity, unitarity and perturbativity as well as $\ ho$-parameter, $b\ o s\\gamma$ and $R_b$. These requirement together with the minimum conditions could explain the di-photon excess observed at the LHC. We also discuss the effects of the CP violating phases on the CP violation observable which is the difference between left-circular and right-circular polarization.

연구 동기 및 목표

• LHC 데이터에서 관측된 125 GeV에서의 이중 광자 초과 현상을 명시적 CP 위반을 포함한 확장된 힉스 보행자 구조로 설명하기 위해.
• c2HDM에서의 복소 양자수 상호작용과 CP 위반 위상이 힉스 생성 및 붕괴율, 특히 H→γγ에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 특히 이중 광자 최종 상태에서의 스핀 비대칭도에 초점을 맞춰, 힉스 붕괴에서의 CP 위반의 현상학적 의미를 탐구하기 위해.
• 이론적 및 실험적 제약 조건을 만족하면서도 관측된 H→γγ 신호 강도를 재현할 수 있는 c2HDM의 타당한 매개변수 영역을 규명하기 위해.

제안 방법

• 연구는 힉스 포텐셜의 복소 매개변수, 복소 양자수 상호작용 및 CP 위반 위상을 포함한 복소 두 힉스 두중체 모형(c2HDM)을 사용한다.
• 힉스 보행자 구조는 세 개의 중성 힉스 보손(하나의 가벼운 CP-짝성 유사 상태 h₁)과 채널 힉스 쌍을 포함하며, 복소 상호작용으로 인해 CP-짝성 및 CP-홀드 성분 간의 혼합이 발생한다.
• 이론적 제약 조건으로는 정의성, 단위성, 정상성 및 ρ-파라미터를 포함하며, b→sγ 및 Rb에서의 실험적 제약도 포함된다.
• 신호 강도 비율 Rγγ는 Rγγ = [σ(pp→h₁) × Br(h₁→γγ)] / [σ(pp→h) × Br(h→γγ)]_SM으로 정의되며, 좁은 폭 근사법을 사용한다.
• CP 비대칭도 A₊₋는 왼쪽과 오른쪽 원형 편광을 가진 광자로의 붕괴율 차이로 정의되며, H→γγ 모드에서 직접적인 CP 위반을 정량화한다.
• c2HDM 매개변수 공간에 대한 수치적 스캔을 수행하며, m_h₁ = 125 GeV 및 tanβ = 1.5를 고정하고, CP 위반 위상 α₁ 및 α₂를 변화시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 데이터에서 관측된 125 GeV에서의 이중 광자 초과 현상은 명시적 CP 위반을 포함한 복소 두 힉스 두중체 모형(c2HDM) 내에서 설명될 수 있는가?
• RQ2 복소 양자수 상호작용과 CP 위반 위상은 H→γγ 붕괴율을 증가시키고 H→bb̄를 억제하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 단위성, 정상성 및 ρ-파라미터와 같은 이론적 제약 조건은 c2HDM의 타당한 매개변수 공간을 어떻게 제한하는가?
• RQ4 H→γγ 붕괴에서 최종 상태 광자의 편광 비대칭도(A₊₋)는 어느 정도까지 생성될 수 있으며, 향후 충돌기에서 측정 가능한가?
• RQ5 Rγγ, RWW 및 Rbb 간의 상관관계는 무엇이며, 큰 Rγγ가 SM 예측과 유사한 Rbb와 동시에 존재할 수 있는가?

주요 결과

• c2HDM에서 가벼운 힉스 보손 h₁의 신호 강도 Rγγ는 약 3에 이르는 수준까지 도달할 수 있으며, 이는 125 GeV에서 관측된 이중 광자 초과 현상을 설명한다.
• Rγγ의 큰 증가율은 h₁→bb̄ 붕괴 모드의 억제와 관련이 있지만, Rγγ가 증가하면서도 Rbb가 표준모형 예측과 일치하는 매개변수 영역이 존재한다.
• c2HDM 매개변수 공간의 특정 영역에서 이중 광자 최종 상태의 CP 비대칭도 A₊₋는 최대 10%에 이르며, 이는 복소 양자수 상호작용과 온쉘 중간 상태에서의 강한 위상에 의해 유도된다.
• Rγγ의 증가율은 주로 CP-짝성 및 CP-홀드 힉스 성분 간의 혼합으로 인해 발생하며, 이는 W 보손 루프 기여도가 H→γγ에 영향을 미친다.
• Rγγ와 RWW 간의 상관관계는 약선형이며, h₁WW 상호작용 강도가 감소할 경우 두 붕괴 모드가 동시에 증가함을 시사한다.
• ρ-파라미터, 단위성 및 b→sγ 및 Rb와 같은 정밀 전자약력 관측치를 포함한 제약 조건을 적용한 후에도 모델은 타당성을 유지하며, 허용 가능한 매개변수 영역이 좁혀진다.