[논문 리뷰] Large pseudoscalar Yukawa couplings in the complex 2HDM

Duarte Fontes, Jorge C. Romão외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 복소 두 힉스 이중체 모형(C2HDM)에서 경량 힉스 보손(125 GeV)이 바텀 쿼크와 타우 렙톤으로의 페시스칼라 요다 쿠플링이 크지만 스칼라 성분이 0이 되는 경우를 조사한다. LHC 정밀도 데이터와 향후 예측을 활용하여 이러한 시나리오가 아직도 타당하며, 특히 저광도 조건에서도 $h \to \tau^+\tau^-$에서의 혼합 각 $\phi_{\tau}$ 측정을 통해 주로 탐지 가능하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

We start by presenting the current status of a complex flavour conserving two-Higgs doublet model. We will focus on some very interesting scenarios where unexpectedly the light Higgs couplings to leptons and to b-quarks can have a large pseudoscalar component with a vanishing scalar component. Predictions for the allowed parameter space at end of the next run with a total collected luminosity of $300 \, fb^{-1}$ and $3000 \, fb^{-1}$ are also discussed. These scenarios are not excluded by present data and most probably will survive the next LHC run. However, a measurement of the mixing angle $ϕ_τ$, between the scalar and pseudoscalar component of the 125 GeV Higgs, in the decay $h o τ^+ τ^-$ will be able to probe many of these scenarios, even with low luminosity. Similarly, a measurement of $ϕ_t$ in the vertex $\bar t t h$ could help to constrain the low $ an β$ region in the Type I model.

연구 동기 및 목표

• fermion으로의 힉스 쿠플링에서 스칼라 성분이 0이 되고도 페시스칼라 성분이 큰 경우가 가능한 복소 2HDM의 시나리오를 탐색하는 것.
• 특히 힉스 신호 강도 측정을 통한 현재 및 향후 LHC 제약 조건 하에서 이러한 시나리오의 타당성을 평가하는 것.
• 표준모형과의 차이를 식별할 수 있는 핵심 실험 관측량—특히 $\phi_\tau$와 $\phi_t$—을 규명하는 것.
• 전기 dipole moment(EDM) 제약 조건의 역할을 평가하고, 향후 실험에서 매개변수 공간을 추가로 제한할 수 있는지를 분석하는 것.

제안 방법

• 부드럽게 깨진 $Z_2$ 대칭과 복소 매개변수 $m_{12}^2$ 및 $\lambda_5$를 통한 CP 위반 위상이 포함된 복소 2HDM 라그랑지안을 수립한다.
• 단위성, 진공 안정성, 그리고 정규성 조건을 포함한 이론적·현상학적 제약 조건을 적용하여 매개변수 공간을 제한한다.
• 13–14 TeV에서 300 및 3000 fb$^{-1}$ 광도 조건에서 $h \to \gamma\gamma$, $WW^*$, $\tau^+\tau^-$, $b\bar{b}$의 LHC 신호 강도 데이터를 활용해 요다 쿠플링을 제약한다.
• 페르미온 쿠플링에서 페시스칼라 대비 스칼라 성분의 비율을 기술하기 위해 혼합 각 $\phi_{\tau}$, $\phi_t$, $\phi_D$ 를 도입한다.
• 향후 측정의 민감도, 특히 $h \to \tau^+\tau^-$에서의 $\phi_{\tau}$ 측정이 표준모형에서의 이격을 탐지하는 데 얼마나 효과적인지 평가한다.
• 특히 ACME 실험에서의 EDM 제약 조건의 영향을 평가하고, 스칼라 기여에서의 상쇄 효과가 제약 조건을 약화시킬 수 있음을 지적한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 복소 2HDM에서 타우 렙톤이나 바텀 쿼크로의 힉스 쿠플링에서 스칼라 성분이 0이 되고도 페시스칼라 성분이 큰 경우가 존재할 수 있는가?
• RQ2 현재 및 향후 LHC 데이터는 특히 300 및 3000 fb$^{-1}$ 광도 조건에서 이러한 시나리오를 어떻게 제약하는가?
• RQ3 특히 $\phi_{\tau}$, $\phi_t$, 또는 $\phi_D$ 중 어떤 실험 관측량이 스칼라 성분의 0이 되는 것을 가장 민감하게 탐지할 수 있는가?
• RQ4 전기 dipole moment(EDM) 제약 조건은 이러한 시나리오를 얼마나 제한하는가? 향후 EDM 측정은 이 영역의 전망을 어떻게 변화시킬 수 있는가?
• RQ5 미래의 선형 충돌기가 이러한 비표준 요다 쿠플링 구조를 추가로 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• 타우 렙톤과 바텀 쿼크로의 힉스 쿠플링에서 스칼라 성분이 0이 되는 시나리오는 현재 LHC 데이터와 일관되며, 특히 Type II, F, LS 모형에서 타당하다.
• 특히 $h \to \tau^+\tau^-$에서의 $\phi_{\tau}$ 측정은 매우 민감하며, 저광도 조건에서도 스칼라 성분이 0인 시나리오를 배제할 수 있다.
• Type I 모형의 경우, $\bar{t}th$ 정점에서의 $\phi_t$ 측정이 낮은 $\tan\beta$ 영역을 제약할 수 있다.
• F 모형의 경우, $bbh$ 정점에서의 직접적 $\phi_D$ 측정이 스칼라 성분이 0인 시나리오를 탐지하는 데 유일한 수단이다.
• 향후 선형 충돌기는 이러한 비표준 요다 쿠플링 구조에 대해 추가적인 민감도를 제공할 것으로 기대된다.
• EDM 제약 조건은 탑 쿼크보다는 다운형 페르미온에 대해 덜 엄격하여, 바텀 및 타우 부문에서 큰 페시스칼라 쿠플링이 제약을 위반하지 않고 허용된다.