[论文解读] Extended Higgs Sectors

John F. Gunion|ArXiv.org|Dec 11, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 45被引用 4

一句话总结

本文综述了标准模型之外的扩展希格斯 sector，强调需要多种对撞机——LHC、直线对撞机（LC）、$γ\gamma$ 对撞机和缪子对撞机——才能全面探索复杂的希格斯谱。文章认为，只有这些设施的组合才能探测并表征如MSSM、NMSSM和2HDM等模型中的希格斯玻色子，尤其是在希格斯玻色子质量较重或存在CP混合的情况下。

ABSTRACT

I give a brief overview of the motivations for and experimental probes of extended Higgs sectors containing more than the single Higgs doublet field of the Standard Model.

研究动机与目标

• 评估将标准模型希格斯sector扩展为单个双态以外的理论动机。
• 评估在2HDM、MSSM和NMSSM等模型中探测和表征多个希格斯玻色子的实验挑战。
• 论证单一对撞机无法保证希格斯玻色子的发现或完整表征，因此必须采用多设施协同方法。
• 强调直线对撞机以及未来$γC$/$μC$设施的精确测量在探测CP结构和耦合模式中的关键作用。

提出的方法

• 分析精确电弱数据（S、T参数）对扩展希格斯sector的约束，特别是针对2HDM和NMSSM模型。
• 评估具有多个双态、单态和三重态的模型中希格斯耦合模式和衰变道的可行性。
• 利用理论约束（如微扰性、幺正性及真空稳定性）来限制希格斯势的参数空间。
• 通过蒙特卡洛模拟和对精确数据的$χ^2$拟合评估对撞机的探测能力，包括LC的Giga-Z运行。
• 研究希格斯sector中CP破坏和混合的影响，特别是在存在轻赝标量或重CP混合态的场景中。
• 评估高能$e^+e^-$、$γ\gamma$和$μ^+\mu^-$对撞机在分辨重叠共振态和测量CP组成方面的必要性。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有多个双态或单态的扩展希格斯sector是否能与精确电弱数据及微扰性保持一致？
• RQ2 在MSSM和NMSSM等模型中，尤其是当希格斯sector较为复杂时，需要哪些对撞机设施来探测并完全表征希格斯玻色子？
• RQ3 CP破坏相位和CP混合如何影响LHC和直线对撞机中希格斯玻色子的发现潜力？
• RQ4 在2HDM或NMSSM的哪些参数区域内，可在LHC或LC上保证发现希格斯玻色子，而在哪些区域则不能？
• RQ5 未来对撞机如$γC$和$μC$在测量希格斯玻色子的CP含量和Yukawa耦合方面发挥什么作用？

主要发现

• 即使精确电弱数据满足，仅靠LHC也无法在存在轻赝标量$A^0$和重标准模型类似$h^0$（高达800–900 GeV）的场景中保证希格斯玻色子的发现。
• 具备Giga-Z运行能力的直线对撞机（LC）对于以高精度测量S和T参数至关重要，可排除存在大希格斯混合或重共振态的场景。
• 对于NMSSM，轻CP偶宇称希格斯玻色子的探测可能需要新颖的分析技术，因为标准方法可能因耦合过小和信号重叠而失效。
• 在MSSM中，若$H^0$和$A^0$位于$[m_{A^0}, \tan\beta]$参数空间的“楔形”区域，其观测可能需要$γ\gamma$对撞。
• 在重希格斯sector中（如800–900 GeV的CP混合态），若存在重叠共振态或共享$WW/ZZ$耦合，除非质心系能量超过2 TeV，否则LHC或LC可能无法实现发现。
• 对希格斯sector的全面探索，尤其是CP结构和奇异表示（如三重态）的研究，需要$e^+e^-$、$\gamma\gamma$和$\mu^+\mu^-$对撞机的协同作用，以精确测量耦合和组分。