[논문 리뷰] Probing loop effects in wrong-sign Yukawa region of 2HDM

Wei Su|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 35인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 직접 LHC 탐색과 간접 힉스 정밀 측정을 통해 일계수 수준에서 유형-II 이중 힉스 듀블릿 모델(2HDM)의 잘못된 기울기 양반화 상수 영역을 조사한다. 루프 보정이 제약 조건을 크게 변화시킴을 발견하였으며, 작은 λv² 영역은 더 강하게 배제되고, 큰 λv² 영역는 더 큰 생존 가능한 잘못된 기울기 영역를 허용한다. 특히 mA = 800 GeV 및 √λv² = 400 GeV일 때, 복합 제약 조건 하에 cos(β−α) ∈ (0, 0.3) 영역가 허용된다.

ABSTRACT

In the framework of 2HDM, we explore the wrong-sign Yukawa region with direct and indirect searches up to one-loop level. The direct searches include the latest $H/A o f\bar f, VV, Vh, hh$ reports at current LHC, and the study of indirect Higgs precision measurements works with current LHC, future HL-LHC and CEPC. At tree level of Type-II 2HDM, for degenerate heavy Higgs mass $m_A=m_H=m_{H^\pm}<800$ GeV, the wrong-sign Yukawa regions are excluded largely except for the tiny allowed region around $\cos(β-α)\in(0.2,0.3)$ under the combined constraints. The excluded region is also nearly independent of parameter $m_{12}$ or $λv^2=m_A^2-m_{12}^2/(\sin β\cos β)$. The situation changes a lot after including loop corrections to the indirect searches, for example $m_A=800 $ GeV, the region with $λv^2<0$ will be stronger constrained to be totally excluded. Whilst $λv^2>0$ would get larger survived wrong-sign region, such as $\cos(β-α) \in (0,0.3)$ for $\sqrt{λv^2}=400$ GeV, under combined restrictions.

연구 동기 및 목표

• 현재 및 향후 힉스 정밀 측정을 통해 유형-II 2HDM의 잘못된 기울기 양반화 상수 영역의 실현 가능성 테스트
• 일계수 보정이 나무 수준 결과와 비교해 잘못된 기울기 영역에 대한 제약 조건을 어떻게 수정하는지 평가
• 파라미터 λv² = m²A − m²12/(sinβ cosβ) 가 허용 가능한 매개변수 공간에 미치는 영향 평가
• LHC 런-II, HL-LHC, CEPC에서의 간접 글로벌 피팅 결과와 직접 LHC 탐색 결과(H/A → ff, VV, Vh, hh) 간의 제약 조건 비교
• 나무 수준에서의 관계 cos(β−α) ≈ 2/tanβ 가 잘못된 기울기 영역에서 일계수 수준에서도 유지되는지 여부 확인

제안 방법

• LHC 런-II, HL-LHC, CEPC의 힉스 정밀 측정 데이터를 일계수 수준에서 χ²-우도 접근법을 사용해 글로벌 피팅 수행
• LHC 런-I 및 런-II의 σ × Br 제약 조건을 사용해 나무 수준에서 H/A → f̄f, VV, Vh, hh에 대한 직접 탐색 한계 적용
• m²12의 부드러운 Z₂ 위반 항에 대한 영향을 탐색하기 위해 λv² = m²A − m²12/(sinβ cosβ) 를 사용한 매개변수화
• 나무 수준에서의 관계 cos(β−α) = 2/tanβ 가 일계수 수준에서 성립하는지 확인하기 위해 cos(β−α)−tanβ 및 mΦ−m12 평면 분석
• 특히 바텀 쿼크의 양반화 상수 부호에 대한 루프 보정의 영향 평가
• LHC 런-II, HL-LHC, CEPC의 다양한 콘서터 단계에서 95% 신뢰수준의 허용 영역를 비교해 제약 조건의 변화 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일계수 보정은 유형-II 2HDM의 잘못된 기울기 양반화 상수 영역의 허용 가능한 매개변수 공간에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 특히 mA = 800 GeV일 때, λv² 는 잘못된 기울기 영역의 제약 조건을 어떻게 수정하는가?
• RQ3 나무 수준에서의 관계 cos(β−α) = 2/tanβ 는 잘못된 기울기 영역에서 일계수 수준에서도 유지되는가?
• RQ4 HL-LHC 및 CEPC에서의 향후 힉스 정밀 측정은 현재 LHC 데이터에 비해 잘못된 기울기 영역를 얼마나 더 강하게 제약하는가?
• RQ5 직접 LHC 탐색과 간접 정밀 측정이 함께 작용할 때 잘못된 기울기 양반화 상수 영역는 어느 정도 배제되는가?

주요 결과

• mA = mH = mH± < 800 GeV 일 때, 잘못된 기울기 양반화 상수 영역는 나무 수준에서 거의 완전히 배제되며, tanβ ∈ (8, 10) 근처의 미세한 허용 영역를 제외하고는 모두 배제된다.
• 나무 수준에서 배제 영역는 m12 또는 λv² 와 거의 무관하여, 루프 보정이 없을 경우 m12 가 제약 조건에 크게 영향을 주지 않는다는 것을 시사한다.
• 일계수 보정을 포함한 후, λv² < 0 영역는 더 강하게 제약을 받으며, mA = 800 GeV 일 때는 결국 완전히 배제된다.
• λv² > 0 일 경우, 허용 가능한 잘못된 기울기 영역는 확장되며, √λv² = 400 GeV 일 때는 복합 제약 조건 하에 cos(β−α) ∈ (0, 0.3) 영역가 생존 가능하다.
• mA = 1500 GeV 일 때, λv² ≤ 0 영역는 완전히 배제되며, 큰 λv² (>50 GeV²) 는 허용 영역을 오른쪽으로 이동시켜 제약 조건을 감소시킨다.
• tanβ > 20 일 경우, 나무 수준에서의 관계 cos(β−α) = 2/tanβ 는 일계수 수준에서도 약간의 근사로 유지되나, tanβ < 20 일 경우 복잡한 루프 상쇄 효과로 인해 붕괴된다.