[论文解读] Charged Higgs discovery potential in the single top mode in 2HDMs

Renato Guedes, Stefano Moretti+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2012

Scientific Research and Discoveries参考文献 5被引用 5

一句话总结

本文研究了在两种希格斯双重模型（2HDMs）中，通过单顶夸克产生道道探测带电希格斯玻色子的潜力，重点关注具有软性破缺 Z₂ 对称性的 CP 不守恒与 CP 守恒变体。利用 14 TeV 质子-质子对撞和优化的事件选择，研究发现单顶夸克模式可改善 (m_H±, tanβ) 参数空间的约束——尤其在 Type I 和 Type X 2HDM 中——在 m_H± = 140 GeV 时显著性最高可达 13.26，尽管其灵敏度仍低于 t\bar{t} 模式。

ABSTRACT

We discuss the discovery potential of a charged Higgs boson in the single top mode. The models discussed include a CP-conserving and a CP-violating version of the softly broken $Z_2$ symmetric 2HDM potential. We conclude that the single top mode could help to constrain the ($m_{H^\pm}$, $ an β$) plane in several versions of 2HDMs.

研究动机与目标

• 评估在 LHC 中通过单顶夸克产生道道探测带电希格斯玻色子的潜力。
• 评估单顶模式是否可在 2HDM 中对 (m_H±, tanβ) 参数空间的约束超越 t\bar{t} 产生模式的约束。
• 分析具有软性破缺 Z₂ 对称性的 CP 守恒与 CP 不守恒 2HDM 中单顶道道的灵敏度。
• 确定在 t\bar{t} 产生模式灵敏度较低的区域，单顶模式是否能有效探测大 tanβ 区域。

提出的方法

• 在 √s = 14 TeV 下，通过 t-通道交换模拟单顶夸克产生（pp → t j → H⁺ b̄ j），顶夸克质量为 173 GeV。
• 使用 POWHEG 在 NLO 下生成信号，采用 CTEQ6.6M PDF，使用 PYTHIA 进行顶夸克衰变。
• 应用一组运动学与拓扑学切割：轻子 pT > 25 GeV，E_T^miss > 20 GeV，要求 b-夸克喷注，喷注多重数 ≥2，且 pT > 15 GeV，|η| ≤ 4.9，以及 |η| ≥ 2.5 的喷注。
• 计算带电希格斯玻色子质量从 90 到 160 GeV（每 10 GeV 一步）的信号与背景比（S/B）及显著性（S/√B）。
• 假设 BR(t → bH⁺) = 100% 且 BR(H⁺ → τ⁺ν) = 100%，其余分支比设为 SM 值。
• 在多种积分亮度设置下，生成 MSSM 和 Type X 2HDM 在 95% 置信水平下的 (tanβ, m_H±) 平面排除图。

实验结果

研究问题

• RQ1 单顶产生模式是否可使 2HDM 中带电希格斯玻色子的探测范围超越已确立的 t\bar{t} 通道？
• RQ2 在不同类型的 2HDM 中，单顶模式对 (m_H±, tanβ) 平面的约束灵敏度与 t\bar{t} 模式相比如何？
• RQ3 在单顶道道中，带电希格斯玻色子质量在 90 至 160 GeV 范围内可实现的显著性（S/√B）是多少？
• RQ4 在 (m_H±, tanβ) 平面的哪些区域，单顶模式能对现有约束带来有意义的改进？
• RQ5 单顶模式是否能探测 t\bar{t} 产生模式灵敏度下降的大 tanβ 区域？

主要发现

• 对于 m_H± = 140 GeV，单顶模式达到最大显著性 13.26，S/B 达到 150.25%。
• 在 m_H± = 140 GeV 时，1 fb⁻¹ 积分亮度下信号事件数为 117.1，背景事件数为 77.9。
• 信号与背景比（S/B）在 m_H± = 120 GeV 时达到峰值 158.26%，表明该质量区间具有最佳灵敏度。
• 单顶道道改善了 (m_H±, tanβ) 平面的约束，尤其在 Type I 和 Type X 2HDM 中表现更优，但其灵敏度仍低于 t\bar{t} 模式。
• 排除图显示，单顶模式在 t\bar{t} 产生模式效果较弱的区域（如大 tanβ 区域）有助于参数空间的约束。
• 该方法在探测大 tanβ 区域方面仍具可行性，尽管共振产生过程 gg → H⁺H⁻ 和 VBF 过程的截面仍仅覆盖多维参数空间的有限部分。