[论文解读] New Constraints on Extended Higgs Sectors from the Trilinear Higgs Coupling

Henning Bahl, Johannes Braathen+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文表明，当前对三重希格斯耦合（κλ）的实验约束对双希格斯双重模型（2HDM）施加了强烈限制，排除了此前认为未受约束的大片参数空间。通过包含对λhhh的数值显著的两圈修正，该研究显示，由大但保持微扰的BSM希格斯自耦合驱动的增强三重耦合，会导致与标准模型（SM）的偏离，而这些偏离已被现有数据排除。

ABSTRACT

The trilinear Higgs coupling $\lambda_{hhh}$ is crucial for determining the structure of the Higgs potential and for probing possible effects of physics beyond the Standard Model (SM). Focusing on the Two-Higgs-Doublet Model as a concrete example, we identify parameter regions in which $\lambda_{hhh}$ is significantly enhanced with respect to the SM. Taking into account all relevant corrections up to the two-loop level, we show that already current experimental bounds on $\lambda_{hhh}$ rule out significant parts of the parameter space that would otherwise be unconstrained. We illustrate the interpretation of the results on $\lambda_{hhh}$ for a benchmark scenario. Similar results are expected for wide classes of models with extended Higgs sectors.

研究动机与目标

• 评估当前对三重希格斯耦合（λhhh）的实验约束在具有扩展希格斯结构的模型中的影响。
• 研究此前认为未受约束的双希格斯双重模型（2HDM）参数空间区域是否已被现有的λhhh限制所排除。
• 评估两圈量子修正在使三重希格斯耦合超出标准模型预测方面的作用。
• 证明SM类与BSM希格斯玻色子之间的大三重和四重耦合可导致λhhh中可观测的偏离，而这些偏离已被数据排除。

提出的方法

• 使用有效势近似方法计算2HDM中三重希格斯耦合λhhh的两圈修正。
• 应用文献[31, 32, 34]的结果，在一阶和两圈水平上计算λhhh，包括重BSM标量和顶夸克的贡献。
• 对顶夸克和希格斯玻色子质量以及Z2对称性破缺尺度M采用壳层重整化方案。
• 聚焦于对齐极限（α = β − π/2），以确保轻希格斯玻色子h在树图水平上具有SM类耦合。
• 将κλ = λhhh / (λSM_hhh)(0)的预测值与LHC数据在95%置信水平下给出的实验边界−0.4 < κλ < 6.3进行比较。
• 使用HiggsSignals和HiggsBounds工具交叉验证约束，并在精确希格斯测量的背景下解释结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前对三重希格斯耦合的实验约束是否能够排除此前认为可行的2HDM参数空间的广大区域？
• RQ2 两圈修正在多大程度上使2HDM中的三重希格斯耦合超出标准模型预测？
• RQ3 SM类与BSM希格斯玻色子之间大三重和四重耦合是否足以产生已被数据排除的λhhh偏离？
• RQ4 在具有扩展希格斯结构的模型中，包含两圈修正如何改变对λhhh约束的解释？

主要发现

• 当前对三重希格斯耦合的实验约束（95%置信水平下−0.4 < κλ < 6.3）排除了此前未受约束的2HDM参数空间的显著部分。
• 对λhhh的两圈修正，特别是涉及SM类希格斯与重BSM希格斯态之间大三重和四重耦合的修正，使λhhh显著增强，超出标准模型值。
• 由于两圈效应导致的λhhh增强，由形式为ghhΦΦ = −2(M² − m²Φ)/v²的耦合驱动，其中Φ ∈ {H, A, H±}，这些耦合虽大但保持微扰。
• 在对齐极限下，轻希格斯玻色子h的树图耦合与SM匹配，此时观测到的λhhh偏离主要由圈修正主导，使λhhh成为探测BSM物理的敏感探针。
• 本研究证明，即使在具有增强希格斯自耦合的模型中，现有数据对参数空间的约束也比先前假设的更为严格。
• 类似约束预计也适用于其他具有扩展希格斯结构的模型，特别是那些具有大希格斯自耦合的模型。