[論文レビュー] LIKE-SIGN CHARGED HIGGS BOSON PRODUCTION IN e, e, COLLISIONS AT THE NLC

Thomas G. Rizzo|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、拡張電弱模型における同符号電荷のヒッグスボソン対生成（e⁺e⁻ → H⁺H⁻）を次世代線形衝突機（NLC）で調査し、主にW⁺W⁻融合が支配的生成メカニズムであることを焦点とする。本研究では、モデル間で断面積が最大7桁の違いを示すことが明らかとなり、特に2ヒッグスダブルレット模型（THDM）やトリプレット模型などのスカラー拡張を持つモデルにおいて、ヒッグス系の構造を非常に感受性の高いプローブとして利用できることを示している。

ABSTRACT

We consider the production of a pair of like-sign charged Higgs bosons in e, e, collisions at the NLC within the context of several electroweak models with extended symmetry breaking sectors. We nd that the rate for this process, which proceeds through W, W, fusion, is a very sensitive probe of the nature of these extended Higgs sectors and that the corresponding cross sections can vary by asmuch as several orders of magnitude at NLC energies. The scalar sector of the Standard Model(SM) which is responsible for the spontaneous breaking of SU(2)L U(1)Y consists of only a single SU(2)L doublet. This results in there being only one real physical Higgs eld after the Goldstone bosons are eaten by the W and Z. Asiswell-known, this rather simple situation is far from unique1 even when we impose the naturalness condition that = M 2 2 W =MZc2 w = 1 at the

研究の動機と目的

• NLCにおける同符号電荷ヒッグス対生成（e⁺e⁻ → H⁺H⁻）の実現可能性と感受性を、拡張ヒッグス系のプローブとして調査すること。
• 特に追加のヒッグスダブルレットやトリプレットを含むスカラー拡張を持つモデルにおける、H⁺H⁻生成断面積の変動を分析すること。
• W⁺W⁻融合が支配的生成メカニズムとして果たす役割と、質量や混合角といったヒッグス系パラメータへの依存関係を評価すること。
• 特に共鳴的増幅や木レベルでの大規模なキャンセレーションが生じる状況において、H⁺H⁻対の観測可能性を評価すること。
• CP対称性の保存・破れに起因するヒッグス状態の寄与と干渉効果を含めたヒッグス系の構造に対する同符号ヒッグス生成の感受性を比較すること。

提案手法

• e⁺e⁻衝突における同符号ヒッグス対生成の主要生成メカニズムとして、W⁺W⁻融合過程W⁺W⁻ → H⁺H⁻を分析する。
• 2ヒッグスダブルレット模型（THDM）およびヒッグストリプレットを含むモデルにおいて、有効ラグランジュ形式を用いてヒッグスカップリングをモデル化し、主にtチャネルおよびuチャネルの中性ヒッグス交換に注目する。
• W⁺W⁻ → H⁺H⁻の振幅を導出し、CP対称性の保存・破れに起因するヒッグス寄与の干渉を示す。振幅は、cos(β−α)/(t−m_h²) + sin(β−α)/(t−m_H²) − 1/(t−m_A²) に比例することが判明する。
• 木レベルおよび1ループ補正付きの断面積計算を実施し、トップクォークおよびSUSYパートナーロープの放射修正を含め、SUSY-THDMにおけるキャンセレーションを緩和する。
• tanβ、m_H⁺、m_H、m_A、c_H = cosθ_H などのパラメータを変化させ、断面積がヒッグス系構造にどのように依存するかをマップする。
• THDM、SUSY-THDM、およびヒッグストリプレット表現を持つモデルを比較し、断面積の大きさとパラメータ依存性の違いを強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型を超えるモデルにおける拡張ヒッグス系の構造に、同符号ヒッグス対生成（e⁺e⁻ → H⁺H⁻）の断面積はどの程度感受性を示すか？
• RQ2 NLCにおける同符号ヒッグス対生成において、W⁺W⁻融合の役割は何か？また、中性ヒッグスボソンの質量や混合にどのように依存するか？
• RQ3 SUSY-THDMにおける木レベル断面積が破壊的干渉により消滅する理由は何か？また、放射修正はどのようにして観測可能な断面積に回復させるか？
• RQ4 重いヒッグス状態（例：H⁺⁺）による共鳴的増幅は、断面積を顕著に増大させ得るか？どのようなパrameter条件下でそれが発生するか？
• RQ5 ヒッグストリプレット表現を持つモデルは、THDMと比較してH⁺H⁻生成断面積にどのような違いを示し、モデルパラメータにどのように依存するか？

主な発見

• e⁺e⁻衝突におけるW⁺W⁻融合を介した同符号ヒッグス対生成断面積は、異なる拡張ヒッグスモデル間で最大7桁の違いを示し、ヒッグス系の構造を極めて感受性の高いプローブとして利用可能である。
• 木レベルのSUSY-THDMでは、CP対称性の保存と破れに起因するヒッグス寄与の破壊的干渉により、断面積がほとんどキャンセルされ、高強度ビームでも観測不可能なほど小さくなる。
• トップクォークおよびSUSYパートナーロープによる放射修正が、キャンセレーションを顕著に緩和し、モデルパラメータに依存して断面積が0.1 fb程度の観測可能なレベルにまで上昇する。
• ヒッグストリプレットや追加のグローバル対称性を持つモデルでは、THDMと比較して断面積が最大2桁分まで増幅され、10 fb程度の値に達することが可能である。
• sチャネルのH⁺⁺交換による共鳴的生成は断面積を顕著に増大させ、m_H⁺⁺が運動学的閾値に近い場合、100 fbを超える断面積に達するため、NLCにおいては顕著に観測可能となる。
• 一般THDMにおけるH⁺H⁻生成断面積は、軽いCP対称性の保存ヒッグス状態（m_H）および混合角cosθ_Hに強く依存しており、cosθ_H → 0に近づくとH⁰状態の分離が生じ、断面積が急激に減少する。