[논문 리뷰] Large pseudo-scalar components in the C2HDM

Duarte Fontes, Jorge C. Romão외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 13인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 스칼라 성분이 내림형 쿼크와 렙톤으로의 요카와 상호작용에 대해 0이 되는 복잡한 두 히긴 이중체 모형(C2HDM)을 조사한다. 여기서 CP-홀드(양자역학적 스칼라) 성분이 지배적으로 작용하여 관측된 히긴 신호 강도를 재현한다. LHC 런 2 예측을 바탕으로, 천체 관측량인 $\phi_\tau$와 같은 각도 관측량을 통한 편미분 상호작용 비율의 직접 측정이, 특히 전기 dipole moment(EDM) 제약 조건을 고려할 때 표준모형(SM)과의 구별을 위해 필수적이라고 주장한다.

ABSTRACT

We discuss the CP nature of the Yukawa couplings of the Higgs boson in the framework of a complex two Higgs doublet model (C2HDM). After analysing all data gathered during the Large Hadron Collider run 1, the measurement of the Higgs couplings to the remaining SM particles already restricts the parameter space of many extensions of the SM. However, there is still room for very large CP-odd Yukawa couplings to light quarks and leptons while the top-quark Yukawa coupling is already very constrained by current data. Although indirect measurements of electric dipole moments play a very important role in constraining the pseudo-scalar components of the Yukawa couplings, we argue that a direct measurement of the ratio of pseudoscalar to scalar couplings should be one of the top priorities for the LHC run 2.

연구 동기 및 목표

• 경량 페르미온으로의 요카와 상호작용의 스칼라 성분이 0이 되는 복잡한 두 히긴 이중체 모형(C2HDM)에서의 상황을 탐색하기 위해.
• 현재의 LHC 데이터와 향후 런 2 정밀 측정에 기반하여 이러한 상황의 타당성을 평가하기 위해.
• 특히 $\phi_\tau$와 같은 각도 변수를 포함한 핵심 관측량을 식별하여 히긴 상호작용에서 편미분 성분의 지배성을 직접 탐색하기 위해.
• LHC 신호 강도 측정과 전기 dipole moment(EDM) 제약 조건 간의 상호작용을 평가하여 비-SM 유형의 히긴 상호작용을 구별하기 위해.
• LHC 런 2에서의 편미분-스칼라 상호작용 비율에 대한 직접 실험 측정을 최우선 과제로 주장하기 위해.

제안 방법

• 연구는 중성 히긴 질량 행렬을 로테이션 행렬 $R$을 통해 대각화하는 C2HDM의 히긴 기저를 사용하여 $h_1$이 SM 유사 히긴 보손임을 규명한다.
• 요카와 상호작용의 매개변수화는 각도 $\phi_D$와 $\phi_\tau$를 통해 이루어지며, 이는 페르미온 상호작용에서 편미분 대 스칼라 성분의 비율을 포함한다.
• 모든 붕괴 모드의 대체로 $h \to WW,\,ZZ,\,\gamma\gamma,\,\tau^+\tau^-$의 신호 강도를 사용하며, $\sqrt{s} = 13$ TeV에서 각각 10% 및 5%의 예상 정확도를 가진다.
• 다중 스칼라 기여에서의 상쇄 효과를 고려하여, ACME 협동체의 결과를 포함한 전기 dipole moment(EDM) 제약 조건을 분석에 통합한다.
• 특히 $\tau^+\tau^-$ 및 $bbh$ 최종 상태에서의 각도 관측량을 통해 $(a_D, b_D) = (1,0)$(SM 유사)와 $(0,1)$(순수 편미분) 상황의 구별 가능성을 평가한다.
• 모델은 스칼라 상호작용이 0이 되는 영역에 집중하여, 타입 II, 플립드, 리-스칼라(Lee-Scalar, LS) 요카와 구조에서 테스트된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 C2HDM는 내림형 쿼크와 렙톤으로의 요카와 상호작용에서 스칼라 성분이 0이 되어도 관측된 LHC 히긴 신호 강도를 재현할 수 있는가?
• RQ2 순수 편미분 상호작용과 SM 유사 스칼라 상호작용을 구별하기 위해 $\tau^+\tau^-h$ 정점의 각도 $\phi_\tau$는 어느 정도의 정밀도로 측정되어야 하는가?
• RQ3 전기 dipole moment(EDM) 제약 조건은 큰 편미분 성분을 가진 모형의 매개변수 공간을 어떻게 제한하는가?
• RQ4 어떤 요카와 유형(예: 타입 II, 플립드)에서 $bbh$ 정점이 스칼라 성분이 0인 상황을 탐색하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ5 향후 LHC 정밀 측정과 EDM 제약 조건이 스칼라 성분이 지배적인 상황에서 C2HDM 매개변수 공간을 어떻게 공동으로 제약하는가?

주요 결과

• 스칼라 성분이 $b$ 쿼크와 $\tau$ 렙톤으로의 요카와 상호작용에서 0이 되어도, 편미분 성분이 비제로이면서 관측된 신호 강도와 일치한다면 SM 유사 히긴 보손이 존재할 수 있다.
• 조금의 정확도(10%)로도 $\phi_\tau$를 측정하는 것으로 $(a_D, b_D) = (1,0)$의 SM 유사 상황과 $(0,1)$의 순수 편미분 상황을 구별할 수 있다.
• 플립드 모형의 경우, $\tau^+\tau^-$ 채널이 민감하지 않기 때문에, 스칼라 성분이 0인 상황을 탐색하기 위해 $bbh$ 정점에서 $\phi_D$를 직접 측정하는 것이 유일한 방법이다.
• 다양한 스칼라 기여에서 부분적인 상쇄 효과가 발생할 경우, 대규모 편미분 성분을 가진 C2HDM 매개변수 공간은 현재의 EDM 제약 조건 하에서도 타당성이 유지된다.
• 향후 LHC 런 2 데이터에서 10% 또는 5%의 정확도로 신호 강도를 측정할 경우, 페르미온 상호작용에서 스칼라와 편미분 성분의 지배성을 강력하게 구별할 수 있다.
• 미래의 선형 충돌기에서는 특히 히긴 상호작용의 정밀 측정을 통해 이러한 상황을 더욱 깊이 탐색할 수 있을 것으로 예상된다.