[论文解读] LHC diphoton Higgs signal in the Higgs triplet model with Y=0

Lei Wang, Xiao-Fang Han|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了超荷 Y=0 的希格斯三重态模型，以解释 LHC 的双光子希格斯信号，分析了三种情形：轻希格斯玻色子 h、重希格斯玻色子 H，或近乎简并的 h 和 H。研究发现，双光子衰变率可在 1σ 范围内匹配 ATLAS 和 CMS 数据，而 ZZ* 衰变率被抑制，且在所有情形下，h→γγ 与 h→Zγ 衰变率之间均存在正相关性。

ABSTRACT

We study the implications of the LHC diphoton and Z+photon Higgs signals on the Higgs triplet model with Y=0. We discuss three different scenarios: (i) the observed boson is the light Higgs boson $h$; (ii) it is the heavy Higgs boson $H$; (iii) the observed signal is from the almost degenerate $h$ and $H$. We find that the inclusive Higgs diphoton rates in the first two scenarios can be enhanced or suppressed compared to the SM value, which can respectively fit the ATLAS and CMS diphoton data within $1\sigma$ range. The inclusive $ZZ^*$ rates are suppressed, which are outside $1\sigma$ range of ATLAS data and within $1\sigma$ range of CMS data. Meanwhile, another CP-even Higgs boson production rate can be suppressed enough not to be observed at the collider. For the third scenario, the Higgs diphoton rate is suppressed, which is outside $1\sigma$ range of ATLAS data, and the $ZZ^*$ rate equals to SM value approximately. In addition, we find that the two rates of $h o \gamma\gamma$ and $h o Z\gamma$ have the positive correlations for the three scenarios.

研究动机与目标

• 探索 Y=0 的希格斯三重态模型在解释 LHC 观测到的双光子希格斯信号方面的可行性。
• 检查该模型对希格斯玻色子衰变率的预测与 ATLAS 和 CMS 实验数据的对比情况。
• 评估该模型对双光子和 Z+光子希格斯信号衰变率的影响。
• 研究在模型的不同情形下，h→γγ 与 h→Zγ 衰变率之间的相关性。

提出的方法

• 分析三种不同情形：观测到的共振态为轻希格斯玻色子 h、重希格斯玻色子 H，或近乎简并的 h 和 H 态。
• 利用 Y=0 的希格斯三重态模型，计算双光子（γγ）和 Z+光子（Zγ）末态的总希格斯产生率。
• 在 1σ 不确定度范围内，将预测的双光子率和 ZZ* 率与 ATLAS 和 CMS 实验数据进行比较。
• 评估第二个体 Higgs 玻色子的产生率被抑制的程度，这可能导致其在对撞机中无法被探测到。
• 利用模型结构的理论约束，推导出 h→γγ 与 h→Zγ 衰变率之间的相关性。
• 应用可重整化耦合和规范不变性原理，以确保与标准模型框架的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Y=0 的希格斯三重态模型是否能在 ATLAS 和 CMS 数据的 1σ 范围内解释观测到的 LHC 双光子希格斯信号？
• RQ2 该模型预测的双光子率和 ZZ* 率与标准模型预期及实验测量结果相比如何？
• RQ3 该模型对第二个体 Higgs 玻色子产生率有何影响？其是否可能在对撞机中保持不可探测？
• RQ4 在模型的不同情形下，h→γγ 与 h→Zγ 衰变率之间是否存在一致的相关性？
• RQ5 在三种情形中——轻希格斯玻色子、重希格斯玻色子，或近简并态对——哪种情形最符合当前 LHC 数据？

主要发现

• 在轻希格斯玻色子情形（h）中，总希格斯双光子衰变率可相对于标准模型增强或抑制，且可在 1σ 范围内匹配 ATLAS 和 CMS 数据。
• 在轻希格斯玻色子情形中，总 ZZ* 衰变率被抑制，其值超出 ATLAS 数据的 1σ 范围，但处于 CMS 数据的 1σ 范围内。
• 在重希格斯玻色子情形（H）中，双光子衰变率同样可调整至 ATLAS 和 CMS 数据的 1σ 范围内，且 ZZ* 衰变率也表现出类似抑制。
• 在近乎简并的 h 和 H 情形中，双光子衰变率被抑制，且超出 ATLAS 数据的 1σ 范围，而 ZZ* 衰变率约等于标准模型值。
• 在所有情形中，第二个体 Higgs 玻色子的产生率均被抑制到足够低的程度，可能使其在当前对撞机中无法被探测到。
• 在所有三种情形中，h→γγ 与 h→Zγ 衰变率之间均发现正相关性，表明模型行为具有一致性。