[논문 리뷰] Prospect for observing a light charged Higgs through the decay $H^+ o c \bar{b} + c.c.$ at the LHeC

J. Hernández-Sánchez, O. Flores-Sánchez외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 향후 대형 강입자전자충돌기(LHeC)에서 두 힉스 더블릿 모형 유형 III(2HDM-III)의 경량 전하 힉스 보손($H^\pm$)의 발견 가능성을 조사한다. flavor 변화 중성미류를 억제하기 위해 요카다 행렬에 네 제로 텍스처를 적용하여, $H^\pm \to c\bar{b} + \text{c.c.}$ 붕괴에 초점을 맞춘다. 100 fb$^{-1}$ 루미노시티 조건에서 $m_{H^\pm} = 110$ GeV인 벤치마크 시나리오에서는 특히 $c\bar{b}$ 붕괴 브랜치 비율이 100%에 가까울 경우 3–4$\sigma$의 뜻밖의 의미를 달성할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We study the production and decay of a light charged Higgs boson at the future Large Hadron electron Collider (LHeC) in the framework of the Two Higgs Doublet Type III, assuming a four-zero texture in the Yukawa matrices and a general Higgs potential. We analyze the charge current production processes $e^- p o ν_e q H^+ $ considering the signature $H^+ o c \bar{b} + c.c.$ of the final state. We take this signature and we compare it to the irreducible background from Standard Model (SM) interactions. We consider scenarios of the model which are consistent with current experimental data from Higgs and flavor physics.

연구 동기 및 목표

• 2HDM-III 프레임워크에서 LHeC에서 경량 전하 힉스 보손의 발견 가능성을 평가하기 위해.
• 플레처 변화 중성미류를 억제하는 요카다 행렬의 네 제로 텍스처를 고려한 $H^+ \to c\bar{b} + \text{c.c.}$ 신호 서명을 평가하기 위해.
• 특히 $\nu t\bar{b}$ 및 $e^- b\bar{b}j$ 과정을 포함한 임의의 표준 모형 배경과 신호 횡단단면과 브랜치 비율을 비교하기 위해.
• 현재 힉스 및 플레처 물리 제약 조건과 일치하는 벤치마크 시나리오를 식별하여 $H^+ \to c\bar{b}$ 붕괴 모드에 대한 감도를 극대화하기 위해.

제안 방법

• 플레처 변화 중성미류를 억제하기 위해 $Z_2$ 대칭이 필요하지 않은 2HDM-III에 네 제로 텍스처를 가진 요카다 행렬을 적용한다.
• 모든 가능한 4차 상호작용을 포함하는 실수 매개변수를 가진 힉스 포텐셜을 구성하며, CP 위반을 방지하기 위해 진공 기대값을 실수로 가정한다.
• 헤르미트 요카다 행렬에 네 개의 0을 포함시켜 특정한 페르미온 결합을 유도함으로써 $H^+ \to c\bar{b}$ 붕괴 확률을 증가시킨다.
• CalcHEP를 사용하여 파arton 수준의 신호 횡단단면과 브랜치 비율을 계산하며, 벤치마크 시나리오에서 $H^+ \to c\bar{b}$가 지배적임을 가정한다.
• 신호 위상도를 분리하기 위해 사전 선택 조건으로 $p_T^q > 15$ GeV 및 $\Delta R(q,q) > 0.4$를 적용한다. 이 조건은 두 개의 제트, 한 개의 $b$-태깅, 그리고 부족한 횡방향 에너지를 포함한다.
• 배경은 $\nu t\bar{b}$, $\nu b\bar{b}j$, $e^- b\bar{b}j$, $e^- t\bar{t}j$ 과정으로 추정하며, $b$-태깅 효율 $\epsilon_b = 0.5$, $c$-태깅 효율 $\epsilon_c = 0.1$, 경량 제트에 대한 $\epsilon_j = 0.01$을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2HDM-III 프레임워크에서 $m_{H^\pm} = 110$ GeV인 경량 전하 힉스 보손이 LHeC에서 $H^+ \to c\bar{b} + \text{c.c.}$ 붕괴 모드로 관측될 수 있는가?
• RQ2 100 fb$^{-1}$ 루미노시티 조건에서, $H^+ \to c\bar{b}$ 신호의 뜻밖의 의미는 임의의 표준 모형 배경과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ3 네 제로 요카다 텍스처와 강화된 $c\bar{b}$ 붕괴 브랜치 비율을 가진 벤치마크 시나리오는 전하 힉스의 탐지 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이러한 전하 힉스의 타당한 매개변수 공간에 대해 힉스 및 플레처 물리 제약 조건은 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 벤치마크 시나리오에서 $m_{H^\pm} = 110$ GeV 이며 $BR(H^+ \to c\bar{b} + \text{c.c.}) \approx 0.99$일 경우, 횡단단면과 브랜치 비율의 곱이 최대 99.80 fb에 이를 수 있으며, 이는 높은 생산률을 의미한다.
• 100 fb$^{-1}$ 통합 루미노시티 조건에서, $b$-태깅 및 실수 태깅 효율을 적용한 후 시나리오 Ia 및 Ib에서는 3.9–4.0$\sigma$, 시나리오 IIa 및 Ya에서는 3.7–3.0$\sigma$의 뜻밖의 의미를 달성한다.
• 주요 임의의 배경은 100 fb$^{-1}$ 조건에서 약 3835.1건으로 추정되며, 주로 $\nu t\bar{b}$ 및 $e^- b\bar{b}j$ 과정에서 기인한다.
• 다양한 벤치마크 점에서 뜻밖의 의미가 강건하게 유지되며, 특히 $c\bar{b}$ 브랜치 비율이 극대화된 시나리오에서 가장 높은 뜻밖의 의미를 기록한다.
• LHeC 운영의 끝에 1000 fb$^{-1}$에 도달하면, 유리한 경우에서의 감지가 확실하며 뜻밖의 의미가 10$\sigma$를 초과한다.
• 이 연구는 네 제로 요카다 텍스처를 가진 2HDM-III가 경량 전하 힉스 보손을 지배적으로 $c\bar{b}$ 붕괴 모드로 가지며, 현재 힉스 및 플레처 물리 제약 조건과 일치함을 확인한다.