[論文レビュー] Wrong sign Yukawa coupling of 2HDM with a scalar dark matter confronted with dark matter and Higgs data

Xiao-Fang Han, Lei Wang|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、125 GeVのヒッグスボソンにおける誤った符号のヤウカワカップリングを有するタイプ-II二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を検討し、スカラー暗黒物質候補の影響に注目する。LHCヒッグスデータ、暗黒物質直接検出、Fermi-LATガンマ線限界が、特にカップリング比 f^n/f^p ≈ -0.7 のとき、62.5〜65 GeV の暗黒物質質量の狭い窓を強く制約し、除外することを示している。

ABSTRACT

In the framework of type-II two-Higgs-doublet model with a scalar dark matter ($S$), we examine the wrong sign Yukawa coupling of the 125 GeV Higgs which is the only portal between the dark matter and SM sectors. After imposing the constraints from the Higgs searches at the LHC and dark matter experiments, we obtain some interesting observables: (i) The theory, oblique parameters, and the Higgs searches at the LHC can impose stringent constraints on $ an\beta$ in the case of the wrong sign Yukawa coupling of the 125 GeV Higgs. For example, for $m_H=600$ GeV and 140 GeV $ -0.82$. (iv) The Fermi-LAT limits exclude most of samples in the range of 62.5 GeV $<m_S <65$ GeV, including the samples with $f^n/f^p\sim -0.7$.

研究の動機と目的

• 125 GeV ヒッグスボソンに誤った符号のヤウカワカップリングを持つタイプ-II二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）におけるスカラー暗黒物質候補の妥当性を調査すること。
• LHCヒッグス探索、斜めパラメータ（S と T）、および暗黒物質実験からの制約が、許容可能なパラメータ空間に与える影響を評価すること。
• Fermi-LATガンマ線限界が、スカラー暗黒物質の質量とカップリング比 f^n/f^p に与える影響を特定すること。

提案手法

• 研究では、実スカラーシングレット暗黒物質候補 S を有するタイプ-II二ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を採用する。
• 125 GeV ヒッグスボソンのフェルミオンへの誤った符号のヤウカワカップリングを分析し、暗黒セクターと標準模型との唯一のペルタである。
• LHCヒッグス信号強度測定、斜めパラメータ（S と T）、および直接検出実験からの制約を適用する。
• Fermi-LATガンマ線データを用いて、暗黒物質の光子への散漫断面積を制約する。
• m_H（チャージドヒッグス質量）、m_S（暗黒物質質量）、およびカップリング比 f^n/f^p のパラメータ空間をスキャンする。
• 数値シミュレーションにより、モデルがすべての実験的限界と整合するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 125 GeV ヒッグスボソンにおける誤った符号のヤウカワカップリングは、2HDMにおけるスカラー暗黒物質の妥当性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 LHCヒッグスデータ、斜めパラメータ、および暗黒物質実験からの統合的制約が、モデルのパラメータ空間に与える影響は何か？
• RQ3 Fermi-LAT限界は、2HDMにおけるスカラー暗黒物質の特定の質量とカップリング比をどの程度まで除外するか？
• RQ4 チャージドヒッグス質量および暗黒物質質量の変動に伴い、制約はどの程度感度を示すか？
• RQ5 すべての現在の実験的限界を満たしつつ、f^n/f^p ≈ -0.7 の暗黒物質候補をモデルがどのように扱えるか？

主な発見

• m_H = 600 GeV の場合、LHCヒッグスデータ、斜めパラメータ、直接検出制約の組み合わせにより、ヤウカワカップリング積 anβ は -0.82 < anβ < -0.65 の範囲に制限される。
• m_H = 140 GeV の場合、anβ の許容範囲はさらに狭まり、-0.82 < anβ < -0.65 となる。
• Fermi-LATガンマ線限界により、暗黒物質質量範囲 62.5 GeV < m_S < 65 GeV の大部分のパラメータ空間が除外され、f^n/f^p ≈ -0.7 のサンプルも含む。
• 斜めパラメータおよびヒッグス信号強度との整合性が、特に誤った符号領域においてヤウカワカップリングに強い制約を課す。
• LHCヒッグスデータと暗黒物質検出実験の相乗効果により、特に中間的な m_H 値において、妥当なパラメータ空間が顕著に狭まる。
• 本研究は、複数の実験的制約の組み合わせにより、誤った符号ヤウカワカップリングの状況が極めて制約されることを示している。特に m_S ≈ 62.5–65 GeV の窓において顕著である。