[논문 리뷰] Updated constraints on the Georgi-Machacek model from LHC Run 2

Ameen Ismail, Heather E. Logan외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 03. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 48인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 LHC 런 2 데이터를 바탕으로 HiggsBounds 5.2.0과 HiggsSignals 2.2.1을 GMCALC 모델 계산기와 통합하여 지오르기-마하체크 모델에 대한 실험적 제약 조건을 업데이트한다. HiggsBounds에 포함되지 않은 추가적인 직접 탐색 제약 조건—특히 이중으로 빛나는 힉스 보손의 VBF 및 드렐-얀 생성과 H⁰₅ → γγ 붕괴—을 구현하였다. 주요 결과는 직접 탐색이 125 GeV 힉스 보손의 결합 측정보다 더 엄격한 제약 조건을 제공하며, H⁰₃ → Zh 및 H → hh 채널이 특히 민감한 것으로 나타났다.

ABSTRACT

We study the experimental constraints on the Georgi-Machacek model from direct searches for the new Higgs bosons and measurements of the properties of the discovered 125 GeV Higgs boson. We apply these by interfacing the public codes HiggsBounds 5.2.0 and HiggsSignals 2.2.1, which implement a large collection of direct-search constraints on extra Higgs bosons and measurements of the properties of the 125 GeV state to the model calculator GMCALC. We also implement constraints involving searches for doubly-charged Higgs bosons and Drell-Yan production of a neutral Higgs with decays to photon pairs directly into GMCALC; these channels are not included in HiggsBounds but provide important constraints on the model, especially at low mass. We identify new constraints on the model from $H_3^0 o Z h$ and $H o hh$ and point out that these channels remain promising. We also determine the allowed range of couplings of the SM-like Higgs boson after all experimental constraints are applied and show that the direct searches for additional Higgs bosons are generally more constraining than the measurements of the 125 GeV Higgs boson couplings. The updated GMCALC code will be released as version 1.5.0.

연구 동기 및 목표

• 최신 LHC 런 2 데이터를 사용하여 지오르기-마하체크 모델에 대한 실험적 제약 조건을 업데이트하기 위해.
• HiggsBounds에 포함되지 않은 이중적으로 빛나는 힉스 보손과 H⁰₅ → γγ 붕괴에 대한 직접 탐색 제약 조건을 구현하기 위해.
• 125 GeV 힉스 보손 결합의 정밀 측정과 직접 탐색의 상대적 강도를 평가하기 위해.
• 미래 LHC 실험을 위한 유망한 새로운 탐색 채널을 식별하기 위해.
• HiggsBounds/HiggsSignals 인터페이스를 통합하고 새로운 탐색 채널를 구현한 업데이트된 GMCALC 1.5.0 버전을 공개하기 위해.

제안 방법

• 지오르기-마하체크 모델에 대한 글로벌 제약 조건을 적용하기 위해 GMCALC를 HiggsBounds 5.2.0과 HiggsSignals 2.2.1에 통합하였다.
• HiggsBounds의 제약 조건을 넘어서는 직접 제약 조건을 VBF 및 드렐-얀 생성의 이중적으로 빛나는 힉스 보손과 H⁰₅ → γγ 붕괴에 대해 GMCALC에 직접 구현하였다.
• 허용 가능한 매개변수 공간을 맵핑하기 위해 고·저질량 영역에서의 매개변수 스캔을 수행하였다.
• 125 GeV 힉스 보손 결합 측정에서의 제약 조건을 평가하기 위해 HiggsSignals를 사용하였다.
• 직접 탐색과 정밀 측정이 모델 제약 조건에 미치는 상대적 강도를 비교하였다.
• HiggsBounds/HiggsSignals 통합 및 새로운 탐색 채널 구현을 완료한 업데이트된 GMCALC 1.5.0을 공개하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 런 2 탐색 채널 중 지오르기-마하체크 모델에 대해 가장 엄격한 제약 조건을 제공하는 것은 무엇인가?
• RQ2 새로운 힉스 보손의 직접 탐색은 125 GeV 힉스 보손 결합의 정밀 측정보다 강도가 더 강한가?
• RQ3 이중적으로 빛나는 힉스 보손의 VBF 및 드렐-얀 생성을 포함할 경우 모델 제약 조건에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 H⁰₃ → Zh, H → hh 등의 붕괴 채널 중 지오르기-마하체크 모델에서 새로운 물리 현상을 감지하는 데 가장 민감한 것은 무엇인가?
• RQ5 업데이트된 제약 조건은 SM 유사 힉스 보손의 결합 범위에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 추가 힉스 보손의 직접 탐색은 125 GeV 힉스 보손의 벡터 보손 결합을 표준모형(SM) 값의 ±20% 범위 내로 제약한다.
• 직접 탐색은 페르미온 결합을 SM 값의 ±30% 범위 내로 제약하지만, 125 GeV 힉스 보손의 정밀 측정은 더 약한 제약 조건을 제공한다.
• 이중적으로 빛나는 힉스 보손의 VBF 생성 및 같은 부호의 W 보손으로 붕괴는 특히 저질량 영역에서 모델에 대해 가장 엄격한 제약 조건을 제공한다.
• 중성 H⁰₅ 보손의 드렐-얀 생성 및 이중 광자 붕괴는 특히 캐스텔리오 다섯겹 상태에 대해 저질량 영역에서 핵심적인 제약 조건을 제공한다.
• H⁰₃ → Zh 및 H → hh 붕괴는 이전에는 제약 없이 남아 있던 작은 매개변수 공간 영역을 배제하여 향후 LHC 탐색의 유망한 대상이 된다.
• 업데이트된 GMCALC 1.5.0 코드는 HiggsBounds에 포함되지 않은 핵심 탐색 채널를 직접 구현하여 제약 감도를 크게 향상시켰다.