[논문 리뷰] LHC diphoton Higgs signal in the Higgs triplet model with Y=0

Lei Wang, Xiao-Fang Han|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC 이중광자 힉스 신호를 설명하기 위해 초전하 Y=0인 힉스 삼중항 모형을 조사하며, 세 가지 시나리오를 분석한다: 가벼운 힉스 h, 무거운 힉스 H, 또는 거의 딜로우한 h와 H. 이 모형은 ATLAS와 CMS 데이터와 1σ 이내에서 이중광자 비율을 일치시킬 수 있으며, ZZ* 비율은 억제되며, 모든 시나리오에서 h→γγ와 h→Zγ 비율 간에 양의 상관관계를 예측한다.

ABSTRACT

We study the implications of the LHC diphoton and Z+photon Higgs signals on the Higgs triplet model with Y=0. We discuss three different scenarios: (i) the observed boson is the light Higgs boson $h$; (ii) it is the heavy Higgs boson $H$; (iii) the observed signal is from the almost degenerate $h$ and $H$. We find that the inclusive Higgs diphoton rates in the first two scenarios can be enhanced or suppressed compared to the SM value, which can respectively fit the ATLAS and CMS diphoton data within $1\sigma$ range. The inclusive $ZZ^*$ rates are suppressed, which are outside $1\sigma$ range of ATLAS data and within $1\sigma$ range of CMS data. Meanwhile, another CP-even Higgs boson production rate can be suppressed enough not to be observed at the collider. For the third scenario, the Higgs diphoton rate is suppressed, which is outside $1\sigma$ range of ATLAS data, and the $ZZ^*$ rate equals to SM value approximately. In addition, we find that the two rates of $h o \gamma\gamma$ and $h o Z\gamma$ have the positive correlations for the three scenarios.

연구 동기 및 목표

• Y=0인 힉스 삼중항 모형이 관측된 LHC 이중광자 힉스 신호를 설명하는 데 가능성이 있는지 탐색하기.
• 모형이 예측하는 힉스 보손 붕괴 비율이 ATLAS와 CMS 실험 데이터와 어떻게 비교되는지 검토하기.
• 모형이 이중광자 및 Z+광자 힉스 신호 비율에 미치는 영향 평가하기.
• 모형의 다양한 시나리오에서 h→γγ와 h→Zγ 붕괴 비율 간의 상관관계 조사하기.

제안 방법

• 관측된 공명이 가벼운 힉스 h, 무거운 힉스 H, 또는 거의 딜로우한 h와 H 상태인 세 가지 다른 시나리오 분석.
• Y=0인 힉스 삼중항 모형을 사용하여 이중광자(γγ) 및 Z+광자(Zγ) 최종 상태의 포함적 힉스 생성 비율 계산.
• 예측된 이중광자 및 ZZ* 비율을 ATLAS와 CMS 실험 데이터와 1σ 불확도 범위 내에서 비교.
• 두 번째 CP-짝성 힉스 보손 생성 비율의 억제를 평가하여, 이가 현재의 충돌기에서 관측 불가능하게 만들 수 있는지 분석.
• 모형의 구조에서 유도된 이론적 제약 조건을 활용하여 h→γγ와 h→Zγ 붕괴 비율 간의 상관관계 유도.
• 재규격화 가능한 결합과 게이지 불변성 원리를 적용하여 표준모형 프레임워크와의 일관성 확보하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Y=0인 힉스 삼중항 모형이 ATLAS와 CMS 데이터의 1σ 범위 내에서 관측된 LHC 이중광자 힉스 신호를 설명할 수 있는가?
• RQ2 이 모형에서 예측된 이중광자 및 ZZ* 비율은 표준모형 기대치와 실험 측정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 이 모형은 두 번째 CP-짝성 힉스 보손의 생성 비율에 어떤 영향을 미치며, 이는 현재의 충돌기에서 감추어질 수 있는가?
• RQ4 모형의 다양한 시나리오에서 h→γγ와 h→Zγ 붕괴 비율 간에 일관된 상관관계가 존재하는가?
• RQ5 가벼운 힉스, 무거운 힉스, 또는 거의 딜로우한 쌍 중 어느 시나리오에서 모형이 현재 LHC 데이터와 가장 잘 맞는가?

주요 결과

• 가벼운 힉스 시나리오(h)에서 포함적 힉스 이중광자 비율은 SM 대비 증가 또는 감소할 수 있으며, ATLAS와 CMS 데이터와 1σ 범위 내에서 일치한다.
• 가벼운 힉스 시나리오에서 포함적 ZZ* 비율은 억제되며, ATLAS 데이터의 1σ 외부에 있지만 CMS 데이터의 1σ 내에 있다.
• 무거운 힉스 시나리오(H)에서는 이중광자 비율도 ATLAS와 CMS 데이터의 1σ 범위에 맞출 수 있으며, ZZ* 비율도 유사하게 억제된다.
• 거의 딜로우한 h와 H 시나리오에서는 이중광자 비율이 억제되어 ATLAS 데이터의 1σ 외부에 있으며, ZZ* 비율은 약간 SM 값과 동일하다.
• 모든 시나리오에서 두 번째 CP-짝성 힉스 보손의 생성 비율은 충분히 억제되어 현재의 충돌기에서 감지되지 않을 수 있다.
• 모든 세 시나리오에서 h→γγ와 h→Zγ 붕괴 비율 간에 양의 상관관계가 발견되어, 모형의 일관된 거동을 나타낸다.