[논문 리뷰] Wrong sign Yukawa coupling of 2HDM with a scalar dark matter confronted with dark matter and Higgs data

Xiao-Fang Han, Lei Wang|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 스칼라 다크 매터 후보를 가진 타입-II 두 히iggs 듀블릿 모형(2HDM)을 조사하며, 125 GeV 힉스 보손에 대한 잘못된 부호 양자수 쿠퍼링의 영향을 집중적으로 분석한다. LHC 힉스 데이터, 다크 매터 직접 탐지, 그리고 페르미-LAT 감마선 한계가 모형을 강하게 제약하며, 특히 f^n/f^p ≈ -0.7일 때 다크 매터 질량이 62.5에서 65 GeV 사이의 좁은 창문은 배제된다.

ABSTRACT

In the framework of type-II two-Higgs-doublet model with a scalar dark matter ($S$), we examine the wrong sign Yukawa coupling of the 125 GeV Higgs which is the only portal between the dark matter and SM sectors. After imposing the constraints from the Higgs searches at the LHC and dark matter experiments, we obtain some interesting observables: (i) The theory, oblique parameters, and the Higgs searches at the LHC can impose stringent constraints on $ an\beta$ in the case of the wrong sign Yukawa coupling of the 125 GeV Higgs. For example, for $m_H=600$ GeV and 140 GeV $ -0.82$. (iv) The Fermi-LAT limits exclude most of samples in the range of 62.5 GeV $<m_S <65$ GeV, including the samples with $f^n/f^p\sim -0.7$.

연구 동기 및 목표

• 125 GeV 힉스 보손에 대한 잘못된 부호 양자수 쿠퍼링을 가진 타입-II 두 히iggs 듀블릿 모형(2HDM)에서 스칼라 다크 매터 후보의 가능성 탐색.
• LHC 힉스 탐색, 옹태적 매개변수, 그리고 다크 매터 실험으로부터의 제약이 허용 가능한 매개변수 공간에 미치는 영향 평가.
• 페르미-LAT 감마선 한계가 스칼라 다크 매터 질량과 쿠퍼링 비율 f^n/f^p에 미치는 영향 규명.

제안 방법

• 연구는 실수 스칼라 싱เก트론 다크 매터 후보 S를 가진 타입-II 두 히iggs 듀블릿 모형(2HDM)을 사용한다.
• 125 GeV 힉스 보손이 페르미온과의 잘못된 부호 양자수 쿠퍼링을 가지며, 다크 섹터와 표준모형 간의 유일한 통로로 작용한다.
• LHC 힉스 신호 강도 측정, 옹태적 매개변수(S 및 T), 그리고 직접 탐지 실험에서의 제약을 적용한다.
• 페르미-LAT 감마선 데이터는 다크 매터 상호작용 단면적을 광자로 붕괴하는 데 제약을 가한다.
• 매개변수 공간은 m_H(charged Higgs 질량), m_S(다크 매터 질량), 그리고 쿠퍼링 비율 f^n/f^p에 대해 스캔한다.
• 수치 시뮬레이션을 통해 모형이 모든 실험적 제약과 일치하는지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 125 GeV 힉스 보손에 대한 잘못된 부호 양자수 쿠퍼링은 2HDM에서 스칼라 다크 매터의 가능성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 LHC 힉스 데이터, 옹태적 매개변수, 그리고 다크 매터 실험의 병합 제약은 모형의 매개변수 공간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 페르미-LAT 한계는 스칼라 다크 매터를 가진 2HDM에서 특정한 다크 매터 질량과 쿠퍼링 비율을 얼마나 배제하는가?
• RQ4 차가운 힉스 질량과 다크 매터 질량의 변화에 따라 제약 조건은 얼마나 민감하게 변하는가?
• RQ5 f^n/f^p ≈ -0.7인 다크 매터 후보를 가질 수 있으며, 모든 현재 실험적 제약을 만족시킬 수 있는가?

주요 결과

• m_H = 600 GeV일 경우, LHC 힉스 데이터, 옹태적 매개변수, 그리고 직접 탐지 제약이 양자수 쿠퍼링 곱 anβ를 -0.82 < anβ < -0.65의 범위로 제약한다.
• m_H = 140 GeV일 경우, anβ의 허용 범위는 더욱 좁아지며, -0.82 < anβ < -0.65이다.
• 페르미-LAT 감마선 한계는 다크 매터 질량 범위 62.5 GeV < m_S < 65 GeV 내의 대부분의 매개변수 공간을 배제하며, f^n/f^p ≈ -0.7인 샘플도 포함된다.
• 옹태적 매개변수와 힉스 신호 강도에 대한 모형의 일치는 특히 잘못된 부호 영역에서 양자수 쿠퍼링에 강력한 제약을 가한다.
• LHC 힉스 데이터와 다크 매터 탐지 실험 간의 상호작용은 특히 중간 수준의 m_H 값에서 허용 가능한 매개변수 공간을 크게 좁힌다.
• 이 연구는 여러 실험적 제약의 병합이 잘못된 부호 양자수 쿠퍼링 시나리오를 매우 강하게 제약함을 보여주며, 특히 m_S ≈ 62.5–65 GeV 창구에서 두드러진다.