[논문 리뷰] Implications Of The Higgs Discovery On Physics Beyond The Standard Model

Dipankar Das|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 53인용 수 4

한 줄 요약

이 학위논문은 LHC에서의 힉스 보손 발견이 표준모형을 초월하는 물리학에 미치는 영향을 조사하며, 단위성, 힉스 신호 강도, 그리고 프리미티브 물리학에 초점을 맞춘다. 연구 결과, 비표준 힉스 보존 결합은 엄격히 제약을 받으며, 전하를 띤 힉스 보손은 이중광자 붕괴에서 탈리지 않으며, 이산 대칭을 가진 다중 힉스 듀블릿 모형은 1 TeV 이하의 많은 새로운 입자를 요구한다.

ABSTRACT

In this thesis, we investigate the implications of the LHC Higgs data on different BSM scenarios. Since the data seem to agree with the SM expectations, any nonstandard couplings will be strongly constrained. First we investigate, in a model independent way, the constraints on the nonstandard Higgs couplings with the fermions and the vector bosons in view of high energy unitarity and the measured value of the Higgs to diphoton signal strength. Then we concentrate on a particular BSM scenario, namely, the two Higgs-doublet models (2HDMs). Consistency of the Higgs data with the corresponding SM predictions strongly motivates us to work in the {\em alignment limit}. In this limit, including the informations of Higgs mass and its SM-like nature, we find many new constraints on the nonstandard masses and $ anβ$. We also study the constraints on the charged scalar mass arising from the $h o γγ$ signal strength measurements and observe that the charged scalar does not necessarily decouple from the diphoton decay width. We then move on to some particular variants of 2HDMs, known as BGL models, and study the flavor constraints on these models. Here we find that lighter than conventionally allowed nonstandard scalars can successfully negotiate the stringent bounds coming from flavor physics data and can leave unconventional decay signatures that can be used as distinctive features of these models. We also analyze the stability and unitarity constraints in a three Higgs-doublet model (3HDM) with $S_3$ symmetry and find that there must be many more nonstandard particles below 1~TeV. We also observe that the nondecoupling feature of the charged scalar in the context of $h o γγ$ is not unique to the 2HDMs only, instead it is a general property of the multi doublet extensions of the SM with an exact discrete symmetry.

연구 동기 및 목표

• 모델 독립적인 방법으로 LHC 힉스 데이터가 비표준 힉스 결합에 미치는 제약를 평가하기 위해.
• 표준모형 유사 힉스 성질을 가진 2HDM의 정렬 한계에서의 타당성을 탐색하기 위해.
• 더 가벼운 비표준 스칼라를 允허하는 2HDM의 BGL 변종에서의 프리미티브 물리학 제약을 조사하기 위해.
• S3 대칭이 있는 3HDM에서의 안정성과 단위성 분석을 수행하기 위해.
• 이산 대칭을 가진 다중 듀블릿 모형에서 전하를 띤 힉스 보존의 비탈리성 행동이 일반적인 특성인지 규명하기 위해.

제안 방법

• 비표준 힉스 결합에 대한 제약를 위해 모델 독립적인 효과적 장 이론 기법을 사용하여 Fermion과 벡터 보손에 대한 결합을 분석하였다.
• 고에너지 단위성 한계와 측정된 힉스 신호 강도(특히 γγ 붕괴)를 활용하여 2HDM 매개변수 공간을 제약하였다.
• 2HDM에서의 정렬 한계를 적용하여 표준모형 유사 힉스 결합을 강제함으로써 매개변수 공간을 tanβ와 비표준 스칼라 질량으로 단순화하였다.
• 형광 중성미소자기변환 및 희귀 붕괴에서의 제약을 분석하여 BGL 모델 매개변수를 유도하였다.
• S3 대칭이 있는 3HDM에서의 안정성과 단위성 분석을 수행하여 스칼라 질량에 대한 제약 조건을 유도하였다.
• 분석을 확장하여 이산 대칭을 정확히 가진 다중 듀블릿 모형에서 전하를 띤 힉스 보존이 h→γγ에서 비탈리한 행동을 보이는 것이 일반적인 특성임을 입증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 힉스 데이터는 힉스 보손의 비표준 결합이 페르미온과 벡터 보손에 미치는 영향을 어떻게 제약하는가?
• RQ2 2HDM에서 h→γγ의 힉스 신호 강도는 전하를 띤 힉스 보존 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 BGL 변종의 2HDM은 프리미티브 물리학 제약을 만족하면서 더 가벼운 비표준 스칼라를 수용할 수 있는가?
• RQ4 S3 대칭이 있는 3HDM에서의 안정성과 단위성 제약 조건은 무엇인가?
• RQ5 h→γγ 붕괴에서 전하를 띤 힉스 보존의 비탈리성 행동은 2HDM에만 국한되는가, 아니면 다른 다중 듀블릿 모형으로 일반화되는가?

주요 결과

• 비표준 힉스 결합은 단위성과 측정된 힉스 신호 강도에 의해 페르미온과 벡터 보손에 대해 강하게 제약을 받는다.
• 2HDM의 정렬 한계에서 tanβ와 비표준 힉스 상태의 질량에 대해 엄격한 제약 조건이 적용된다.
• 고질량에서도 루프 기여로 인해 전하를 띤 힉스 보존은 h→γγ 붕괴 진폭에서 탈리지 않는다.
• BGL 모델은 이전에 생각했던 것보다 더 가벼운 비표준 스칼라를 수용할 수 있으며, 콘서트에서 검출 가능한 비표준 붕괴 서명을 가진다.
• S3 대칭이 있는 3HDM는 단위성과 안정성 조건을 만족하기 위해 1 TeV 이하의 많은 새로운 입자를 요구한다.
• h→γγ에서 전하를 띤 힉스 보존의 비탈리성 행동은 정확한 이산 대칭을 가진 다중 듀블릿 확장에서 일반적인 특성이다.