[논문 리뷰] LIKE-SIGN CHARGED HIGGS BOSON PRODUCTION IN e, e, COLLISIONS AT THE NLC

Thomas G. Rizzo|arXiv (Cornell University)|1995. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 확장된 전자기약 모형 내에서 다음 선형 충돌기(NLC)에서 같은 부호의 쿼크 쿼크 쌍 생성(e⁺e⁻ → H⁺H⁻)을 조사하며, 주로 W⁺W⁻ 융합이 주요 생성 메커니즘임을 강조한다. 연구는 다양한 모형 간의 단면적 차이가 최대 10⁷ 배에 이르며, 이는 특히 두 개의 힉스 이중체 모형(THDM)과 삼중체 모형과 같은 확장된 스칼라 섹터를 가진 모형에서 힉스 섹터의 구조를 매우 민감하게 탐지할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We consider the production of a pair of like-sign charged Higgs bosons in e, e, collisions at the NLC within the context of several electroweak models with extended symmetry breaking sectors. We nd that the rate for this process, which proceeds through W, W, fusion, is a very sensitive probe of the nature of these extended Higgs sectors and that the corresponding cross sections can vary by asmuch as several orders of magnitude at NLC energies. The scalar sector of the Standard Model(SM) which is responsible for the spontaneous breaking of SU(2)L U(1)Y consists of only a single SU(2)L doublet. This results in there being only one real physical Higgs eld after the Goldstone bosons are eaten by the W and Z. Asiswell-known, this rather simple situation is far from unique1 even when we impose the naturalness condition that = M 2 2 W =MZc2 w = 1 at the

연구 동기 및 목표

• 확장된 힉스 섹터를 탐지하기 위한 NLC에서 같은 부호의 쿼크 쿼크 쌍 생성(e⁺e⁻ → H⁺H⁻)의 가능성과 민감도를 조사하는 것.
• 특히 추가 힉스 이중체나 삼중체를 포함한 확장된 스칼라 섹터를 가진 다양한 모형에서 H⁺H⁻ 생성 단면적의 변화를 분석하는 것.
• W⁺W⁻ 융합이 주요 생성 메커니즘으로서의 역할과 질량 및 혼합 각도와 같은 힉스 섹터 매개변수에 대한 의존도를 평가하는 것.
• 특히 수준에서 공진적 증폭 또는 큰 상쇄 효과가 발생하는 경우 NLC에서 H⁺H⁻ 쌍을 관측할 잠재력을 평가하는 것.
• CP-짝성 및 CP-홀성 힉스 기여와 그 간섭 효과를 포함하여 힉스 섹터의 구조에 대한 같은 부호의 힉스 생성 민감도를 비교하는 것.

제안 방법

• NLC에서 e⁺e⁻ 충돌에서 같은 부호의 힉스 쌍 생성의 주요 메커니즘으로 W⁺W⁻ 융합 하위과정 W⁺W⁻ → H⁺H⁻를 분석한다.
• 두 힉스 이중체 모형(THDM)과 힉스 삼중체를 포함한 모형을 모델링하기 위해 효과적 라그랑지안 기법을 사용하며, 주로 t-채널 및 u-채널 중성 힉스 교환을 중점으로 한다.
• W⁺W⁻ → H⁺H⁻의 진폭을 유도하며, CP-짝성 및 CP-홀성 힉스 기여 간의 간섭을 보여주며, 진폭은 cos(β−α)/(t−m_h²) + sin(β−α)/(t−m_H²) − 1/(t−m_A²) 비례함을 밝힌다.
• 나무 수준 및 한 개의 루프 보정 계산을 수행하며, SUSY-THDM에서 상쇄 효과를 해소하기 위해 토프 쿼크 및 SUSY 파artner의 복사 보정을 포함한다.
• tanβ, m_H⁺, m_H, m_A, c_H = cosθ_H 등의 매개변수를 변화시켜 힉스 섹터의 구조에 따른 단면적 의존도를 분석한다.
• THDM, SUSY-THDM, 삼중체 힉스 표현을 가진 모형 간의 결과를 비교하며, 단면적 크기 및 매개변수 의존도의 차이를 부각한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형을 초월한 모형에서 확장된 힉스 섹터의 구조에 따라 같은 부호의 힉스 쌍 생성 단면적은 얼마나 민감하게 변하는가?
• RQ2 NLC에서 같은 부호의 힉스 쌍 생성에 있어 W⁺W⁻ 융합의 역할은 무엇이며, 중성 힉스 보손의 질량과 혼합에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 SUSY-THDM에서 나무 수준 단면적이 파괴적 간섭으로 인해 왜 사라지는가? 그리고 복사 보정은 어떻게 관측 가능한 수준의 단면적을 회복하는가?
• RQ4 중간 힉스 상태(H⁺⁺ 등)의 공진적 증폭은 단면적을 크게 증가시킬 수 있는가? 어떤 매개변수 조건에서 그러한 현상이 발생하는가?
• RQ5 삼중체 힉스 표현을 가진 모형은 THDM과 비교해 H⁺H⁻ 생성 단면적과 모형 매개변수 의존도 측면에서 어떻게 다른가?

주요 결과

• NLC에서 W⁺W⁻ 융합을 통한 같은 부호의 힉스 쌍 생성 단면적은 다양한 확장된 힉스 모형 간에 최대 7개의 자리수(10⁷ 배)의 변화를 보이며, 이는 힉스 섹터의 구조를 매우 민감하게 탐지할 수 있음을 의미한다.
• 나무 수준의 SUSY-THDM에서 CP-짝성 및 CP-홀성 힉스 기여 간의 파괴적 간섭으로 인해 거의 상쇄되어, 고광도 조건이라도 관측 가능한 단면적 수준에 도달하지 못한다.
• 톱 쿼크 및 SUSY 파artner 루프의 복사 보정은 상쇄 효과를 크게 감소시켜 단면적을 관측 가능한 수준(약 0.1 fb)으로 증가시키며, 이는 모형 매개변수에 따라 달라진다.
• 히iggs 삼중체 또는 추가적인 전역 대칭을 가진 모형에서는 THDM 대비 최대 2개의 자리수 더 큰 단면적을 기록할 수 있으며, 이는 약 10 fb 수준에 이르게 된다.
• s-채널 H⁺⁺ 교환에 의한 공진적 생성은 단면적을 크게 증가시키며, m_H⁺⁺가 운동역학적 한계 근처일 경우 100 fb 이상으로 증가하여 NLC에서 이러한 상태를 매우 명확히 관측할 수 있다.
• 일반적인 THDM에서 H⁺H⁻ 생성 단면적은 경량 CP-짝성 힉스의 질량 m_H와 혼합 각도 cosθ_H에 매우 강하게 의존하며, cosθ_H → 0에 가까워질수록 H⁰ 상태의 분리로 인해 단면적이 급격히 감소한다.