[論文レビュー] Two Higgs Bosons at the Tevatron and the LHC?

G. Bélanger, Ulrich Ellwanger+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用数 17

ひとこと要約

論文は、LHCで発見された125 GeVのヒッグス粒子に加えて、136 GeV付近の第二のヒッグス粒子が、テバトロンの$b\bar{b}$信号およびCMSの$\gamma\gamma$および$\tau\tau$過剰反応を説明できると提唱している。NMSSMにおいて、混合したダブルレット・シングレット状態が125 GeVでの$\gamma\gamma$率を増幅させ、一方136 GeVに位置する第二のCP不変ヒッグス粒子がテバトロンの$b\bar{b}$過剰反応およびCMSの$\gamma\gamma$信号を説明し、複数のチャネルで一貫した信号率を示す。

ABSTRACT

The best fit to the Tevatron results in the bb channel and the mild excesses at CMS in the gamma-gamma channel at 136 GeV and in the tau-tau channel above 132 GeV can be explained by a second Higgs state in this mass range, in addition to the one at 125 GeV recently discovered at the LHC. We show that a scenario with two Higgs bosons at 125 GeV and 136 GeV can be consistent with practically all available signal rates, including a reduced rate in the tau-tau channel around 125 GeV as reported by CMS. An example in the parameter space of the general NMSSM is given where, moreover, the signal rates of the 125 GeV Higgs boson in the gamma-gamma channels are enhanced relative to the expectation for a SM Higgs boson of this mass.

研究の動機と目的

• テバトロンの約135 GeVにおける$b\bar{b}$信号およびCMSの136 GeV付近の$\gamma\gamma$および$\tau\tau$過剰反応を、125 GeV状態に加えて第二のヒッグス粒子の証拠として説明すること。
• 標準模型（SM）の予測とは一致しない、125 GeVでの$\gamma\gamma$信号率の増幅とVBFイベントにおける$\tau\tau$率の低下を同時に説明すること。
• 2つのヒッグス状態（125 GeVおよび136 GeV）が同時に複数のLHCおよびテバトロンの信号率測定値を満たすことが可能な、一般NMSSMにおける妥当なシナリオを構築すること。
• このような二ヒッグス系のシナリオが、半拘束NMSSMで実現可能かどうかをテストすること。これは、直接探索および$B$物理学からの制約と一貫したカップリングを含む。

提案手法

• 観測された生成および崩壊率と期待される率との比較のため、SMヒッグス粒子を基準として、縮小された信号率$R_i^X(Y)$を定義する。
• SU(2)ダブルレットとシングレットヒッグス状態の間の混合を含むNMSSMフレームワークを用い、125 GeVでの$\gamma\gamma$カップリングを増幅させる。
• 125 GeVの$H_1$と136 GeVの$H_2$を持つ一般NMSSMにおけるパラメータ点を構築し、実験データと一致するようにカップリングを調整する。
• $B$物理学、直接ヒッグス探索（例：$H_3 \sim 290$ GeV）、および$ggF$、$VBF$、$VH$チャンネルにおける信号率測定からの制約を適用する。
• NMSSMTools 3.2.0を用いて、実験的制限および理論的制約との整合性を確認する。
• 半拘束NMSSMにおけるこのシナリオの妥当性を評価し、予測された信号率と観測されたずれを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンの約135 GeVにおける$b\bar{b}$信号およびCMSの136 GeVにおける$\gamma\gamma$過剰反応は、125 GeV状態に加えて第二のヒッグス粒子によって説明可能か？
• RQ2 125 GeVでの$\gamma\gamma$信号率の増幅とVBFイベントにおける$\tau\tau$率の低下は、非標準模型のヒッグス系で同時に説明可能か？
• RQ3 125 GeVおよび136 GeVに位置する2つのヒッグス状態が、複数のチャンネルで観測された信号率を再現できる、NMSSMパラメータ空間内の妥当な点が存在するか？
• RQ4 このシナリオは半拘束NMSSMで実現可能か、それとも$B$物理学および直接探索からの制約が厳しすぎるか？

主な発見

• 125 GeVの$H_1$と136 GeVの$H_2$を有する二ヒッグス系は、テバトロンの$b\bar{b}$信号、CMSの136 GeVにおける$\gamma\gamma$過剰反応、およびVBFイベントにおける125 GeVでの$\tau\tau$率の低下を説明できる。
• 一般NMSSMにおいて、ダブルレットとシングレットヒッグス状態の強い混合が、125 GeVヒッグスの$\gamma\gamma$カップリングを増幅させ、その信号率の増幅を説明する。
• 125 GeVにおける$\tau\tau$チャンネルの信号率の低下は、$\tau\tau$カップリングの抑制によって説明され、CMSのVBFタグ付きデータと整合的である。
• テバトロンにおける$VH \to bb$信号率は、$R_{\rm eff}^{bb}(VH) \sim 1.20$に増幅され、観測された過剰反応と約2σの範囲で一致する。
• 半拘束NMSSMにおいては、すべての制約を同時に満たす有効な点は存在しない。少なくとも$R_1^{\gamma\gamma}(ggF)$、$R_2^{\gamma\gamma}(ggF)$、または$R_2^{ZZ^{(*)}}(ggF)$のいずれかを緩和する必要がある。
• 重いヒッグス粒子$H_3 \sim 290$ GeVは、ゲージボソンへのカップリングが抑制されており、低$\tan\beta$における直接探索および$B$物理学の制約と整合的である。