[논문 리뷰] 2HDM confronting LHC data

P. M. Ferreira, Rui Santos외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 11인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 7 및 8 TeV 런에서의 LHC 데이터를 사용하여 CP를 보존하는 이중 히iggs 듀블릿 모형(2HDM)의 제약 조건을 분석한다. 표준모형 한계(sin(β−α) = 1)가 강하게 유리함을 보여주지만, 작은 편차는 여전히 允가되며, sin(β−α) < 0.5는 2σ에서 배제되고, 유형 II 2HDM에서는 큰 tanβ 값이 표준모형 한계 근처에서만 허용된다.

ABSTRACT

Almost all data collected at the LHC during the 7 and 8 TeV runs has now been analysed by the ATLAS and CMS collaborations. Its consistency with the Standard Model (SM) predictions has cornered the CP-conserving two-Higgs doublet model (2HDM) into the SM limit, sin (β-α) = 1. However, there are still allowed regions of the 2HDM parameter space away from this limit. In this work we discuss how the 2HDM is performing in view of the LHC data together with the remaining available experimental and theoretical constraints.

연구 동기 및 목표

• 7 및 8 TeV 런에서의 LHC 데이터를 바탕으로 CP를 보존하는 이중 히iggs 듀블릿 모형(2HDM)의 타당성을 평가하기 위해.
• ATLAS 및 CMS의 실험적 제약 조건, 즉 히iggs 신호 강도와 플레이어 물리학을 포함하여 2HDM이 실험 제약 조건에 얼마나 잘 맞는지 결정하기 위해.
• 특히 (sinα, tanβ) 및 (sin(β−α), tanβ) 평면에서 2HDM의 허용 가능한 매개변수 공간을 탐색하기 위해.
• 125 GeV 히iggs 보손의 발견이 2HDM에 미치는 영향, 특히 표준모형 한계에서 큰 편차를 배제하는 데 초점을 맞추기 위해.
• 신호 강도 비율 Rf와 이론적/현상학적 제약 조건을 사용하여 매개변수 공간을 제약하기 위해.

제안 방법

• m_h = 125 GeV, 90 GeV ≤ m_A ≤ 900 GeV, m_H > m_h, 1 ≤ tanβ ≤ 40 조건을 만족하는 2HDM 매개변수 점을 무작위로 생성한다.
• 플레이어 물리학 제약 조건 적용: 유형 I의 경우 m_H± ≥ 900 GeV, 유형 II의 경우 m_H± ≥ 360 GeV.
• 최종 상태 f = γγ, W+W−, ZZ, bb̄에 대해 신호 강도 비율 R_f = [σ(pp→h)BR(h→f)]_2HDM / [σ(pp→h_SM)BR(h→f)]_SM을 계산한다.
• 글루온 융합에는 NLO HIGLU를 사용하고, VBF, Vh, tth, b̄b 융합 생성 모드를 포함한다.
• 진공 안정성 및 유니타리성 등의 이론적 제약 조건을 적용하고, 소프트 붕괴 매개변수 M² = m₁₂²/(sinβ cosβ)를 사용한다.
• ATLAS 및 CMS 데이터의 1σ 및 2σ 신뢰 수준을 사용하여 (sinα, tanβ) 및 (sin(β−α), tanβ) 평면에서 허용 영역을 매핑한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 및 CMS의 신호 강도 측정치는 CP를 보존하는 2HDM의 매개변수 공간을 어떻게 제약하는가?
• RQ2 LHC 데이터에 플레이어 및 이론적 제약 조건을 통합한 후 2HDM에서 sin(β−α)의 허용 범위는 무엇인가?
• RQ3 유형 I 및 유형 II 2HDM 모델은 히iggs 질량이 유사함에도 불구하고 (sinα, tanβ) 평면에서 다른 허용 영역을 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ4 특히 유형 II에서 큰 tanβ 값은 LHC 데이터와 얼마나 호환되는가?
• RQ5 ATLAS 및 CMS의 R_VV(VV 최종 상태의 신호 강도) 중심값이 매개변수 공간에서 다른 허용 영역을 초래하는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 유형 I 2HDM에서는 ATLAS 데이터 분석에서 1σ 점이 전부 배제되는데, 이는 R_ZZ가 1을 초과할 수 없기 때문이다. 그러나 CMS는 R_VV < 1이므로 1σ 점을 허용한다.
• 유형 II 2HDM에서는 1σ 및 2σ 허용 영역이 모두 표준모형 한계 sin(β−α) = 1 근처로 엄격히 제약을 받으며, ATLAS의 경우 선 아래로 군집되고 CMS의 경우 선 위로 군집된다.
• sin(β−α) < 0.5는 2σ 신뢰 수준에서 배제되며, 이는 표준모형 한계에서 큰 편차가 강하게 배제됨을 시사한다.
• 유형 II 2HDM에서는 sin(β−α)가 1에 가까울 때만 큰 tanβ 값이 허용되며, 이는 sin(β−α) < 0.8일 경우 tanβ < 4임을 의미한다.
• 가벼운 히iggs 데이터만으로도 무거운 히iggs의 게이지 보손과의 결합 상수 cos(β−α)가 이미 제약을 받고 있으며, 직접 H± 탐색이 없더라도 성립한다.
• 분석 결과 벤치마크 모델이 필요하지 않음을 보여주며, m_h = 125 GeV를 제외한 모든 매개변수에 대한 전체 스캔이 강력한 제약 조건을 도출한다.