[论文解读] 2HDM confronting LHC data

P. M. Ferreira, Rui Santos+2 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 5

一句话总结

本文利用 LHC 在 7 和 8 TeV 运行期间的数据，分析了 CP 不变的双 Higgs 双生模型（2HDM）的约束。结果表明，虽然标准模型极限（sin(β−α) = 1）被强烈支持，但小的偏离仍被允许，其中 sin(β−α) < 0.5 在 2σ 水平下被排除，且在类型 II 2HDM 中，只有在接近标准模型极限时才允许较大的 tanβ 值。

ABSTRACT

Almost all data collected at the LHC during the 7 and 8 TeV runs has now been analysed by the ATLAS and CMS collaborations. Its consistency with the Standard Model (SM) predictions has cornered the CP-conserving two-Higgs doublet model (2HDM) into the SM limit, sin (β-α) = 1. However, there are still allowed regions of the 2HDM parameter space away from this limit. In this work we discuss how the 2HDM is performing in view of the LHC data together with the remaining available experimental and theoretical constraints.

研究动机与目标

• 根据 7 和 8 TeV LHC 运行的数据，评估 CP 不变的双 Higgs 双生模型（2HDM）的可行性。
• 确定 2HDM 在 ATLAS 和 CMS 实验数据（包括 Higgs 信号强度和味物理）约束下的拟合程度。
• 探索 2HDM 的允许参数空间，特别关注 (sinα, tanβ) 和 (sin(β−α), tanβ) 平面。
• 研究 125 GeV Higgs 玻色子的发现对 2HDM 的影响，特别是对远离标准模型极限的大偏离的排除。
• 利用信号强度比 Rf 和理论/现象学约束来限制参数空间。

提出的方法

• 随机生成 2HDM 参数点，其中 m_h = 125 GeV，90 GeV ≤ m_A ≤ 900 GeV，m_H > m_h，且 1 ≤ tanβ ≤ 40。
• 施加味物理约束：类型 I 中 m_H± ≥ 900 GeV，类型 II 中 m_H± ≥ 360 GeV。
• 计算信号强度比 R_f = [σ(pp→h)BR(h→f)]_2HDM / [σ(pp→h_SM)BR(h→f)]_SM，适用于 f = γγ, W+W−, ZZ, bb̄ 的末态。
• 使用 NLO HIGLU 计算胶子融合过程，并包含 VBF、Vh、tth 和 b̄b 融合产生模式。
• 施加理论约束，如真空稳定性与幺正性，并使用软破缺参数 M² = m₁₂²/(sinβ cosβ)。
• 利用 ATLAS 和 CMS 在 1σ 和 2σ 置信水平下的数据，映射 (sinα, tanβ) 和 (sin(β−α), tanβ) 平面中的允许区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 ATLAS 和 CMS 的信号强度测量如何约束 CP 不变 2HDM 的参数空间？
• RQ2 在结合 LHC 数据、味物理和理论约束后，2HDM 中 sin(β−α) 的允许范围是什么？
• RQ3 尽管 Higgs 粒子质量相似，为何类型 I 和类型 II 2HDM 在 (sinα, tanβ) 平面中表现出不同的允许区域？
• RQ4 在 2HDM 中，特别是类型 II 模型中，大 tanβ 值在多大程度上与 LHC 数据相容？
• RQ5 ATLAS 和 CMS 对 VV 末态信号强度 R_VV 的中心值差异，如何导致参数空间中不同允许区域的产生？

主要发现

• 在类型 I 2HDM 中，由于 R_ZZ 无法超过 1，ATLAS 数据分析中无 1σ 点存活，但 CMS 允许 1σ 点，因为 R_VV < 1。
• 在类型 II 2HDM 中，1σ 和 2σ 允许区域均被紧密约束在标准模型极限 sin(β−α) = 1 附近，且点在 ATLAS 线下方聚集，而在 CMS 线上方聚集。
• sin(β−α) < 0.5 在 2σ 置信水平下被排除，表明与标准模型极限的大偏离存在强烈矛盾。
• 对于类型 II 2HDM，只有当 sin(β−α) 接近 1 时才允许大 tanβ 值，这意味着当 sin(β−α) < 0.8 时，tanβ < 4。
• 重 Higgs 粒子与规范玻色子的耦合由 cos(β−α) 决定，即使没有直接的 H± 搜索，该耦合也已由轻 Higgs 粒子数据所约束。
• 该分析表明无需基准模型，因为对除 m_h = 125 GeV 外的所有参数进行完整扫描即可获得稳健的约束。