[论文解读] Updated constraints on the Georgi-Machacek model from LHC Run 2

Ameen Ismail, Heather E. Logan+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用 13

一句话总结

本文利用LHC Run 2数据，通过集成HiggsBounds 5.2.0和HiggsSignals 2.2.1至GMCALC模型计算器，更新了Georgi-Machacek模型的实验约束。该工作引入了HiggsBounds中未涵盖的额外直接搜寻约束，特别是双荷荷子的VBF和Drell-Yan产生过程，以及H⁰₅ → γγ衰变。主要结果表明，对新Higgs玻色子的直接搜寻比对125 GeV Higgs耦合的测量更具约束力，其中H⁰₃ → Zh和H → hh通道尤为敏感。

ABSTRACT

We study the experimental constraints on the Georgi-Machacek model from direct searches for the new Higgs bosons and measurements of the properties of the discovered 125 GeV Higgs boson. We apply these by interfacing the public codes HiggsBounds 5.2.0 and HiggsSignals 2.2.1, which implement a large collection of direct-search constraints on extra Higgs bosons and measurements of the properties of the 125 GeV state to the model calculator GMCALC. We also implement constraints involving searches for doubly-charged Higgs bosons and Drell-Yan production of a neutral Higgs with decays to photon pairs directly into GMCALC; these channels are not included in HiggsBounds but provide important constraints on the model, especially at low mass. We identify new constraints on the model from $H_3^0 o Z h$ and $H o hh$ and point out that these channels remain promising. We also determine the allowed range of couplings of the SM-like Higgs boson after all experimental constraints are applied and show that the direct searches for additional Higgs bosons are generally more constraining than the measurements of the 125 GeV Higgs boson couplings. The updated GMCALC code will be released as version 1.5.0.

研究动机与目标

• 利用最新的LHC Run 2数据，更新对Georgi-Machacek模型的实验约束。
• 实现HiggsBounds中未涵盖的双荷Higgs玻色子及H⁰₅ → γγ衰变的直接搜寻约束。
• 评估直接搜寻与125 GeV Higgs玻色子耦合的精确测量在约束模型方面的相对强度。
• 识别未来LHC实验中具有前景的新搜寻通道。
• 发布集成HiggsBounds/HiggsSignals接口的更新版GMCALC 1.5.0。

提出的方法

• 将GMCALC与HiggsBounds 5.2.0和HiggsSignals 2.2.1集成，以对Georgi-Machacek模型施加全局约束。
• 将VBF和Drell-Yan产生双荷Higgs玻色子以及H⁰₅ → γγ衰变的直接约束直接实现于GMCALC中，绕过HiggsBounds的限制。
• 在高能和低能区域进行参数扫描，以绘制允许的参数空间。
• 使用HiggsSignals评估来自125 GeV Higgs玻色子耦合测量的约束。
• 比较直接搜寻与精确测量在约束模型方面的相对强度。
• 发布集成完整HiggsBounds/HiggsSignals接口并新增搜寻通道实现的更新版GMCALC 1.5.0。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些LHC Run 2搜寻通道对Georgi-Machacek模型提供了最严格的约束？
• RQ2 对新Higgs玻色子的直接搜寻与对125 GeV Higgs玻色子耦合的精确测量相比，其约束强度如何？
• RQ3 包含双荷Higgs玻色子的VBF和Drell-Yan产生过程对模型约束有何影响？
• RQ4 哪些衰变通道（例如H⁰₃ → Zh、H → hh）对Georgi-Machacek模型中的新物理最为敏感？
• RQ5 更新后的约束如何影响SM类Higgs玻色子耦合的允许范围？

主要发现

• 对额外Higgs玻色子的直接搜寻将125 GeV Higgs玻色子对矢量玻色子的耦合约束在SM值的±20%以内。
• 对额外Higgs玻色子的直接搜寻将费米子耦合约束在SM值的±30%以内，而125 GeV Higgs玻色子的精确测量提供的约束较弱。
• 双荷Higgs玻色子通过VBF产生并衰变为同号W玻色子的通道对模型提供了最严格的约束，尤其在低质量区域。
• 中性H⁰₅玻色子通过Drell-Yan过程产生并衰变为二光子的通道在低质量区域提供了关键约束，尤其对规范五重态态尤为重要。
• H⁰₃ → Zh和H → hh衰变排除了原本未受约束的小范围参数空间，使其成为未来LHC搜寻的有前景目标。
• 更新后的GMCALC 1.5.0代码直接实现了HiggsBounds中未包含的关键搜寻通道，显著提升了约束敏感度。