[论文解读] h γγCoupling in Higgs Triplet Model

A. Arhrib, Rachid Benbrik+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文研究了标准模型的类型-II seesaw 修正——希格斯三重态模型（DTHM）中希格斯玻色子（h→γγ）的双光子衰变宽度。结果表明，带电希格斯玻色子（H± 和 H±±）的圈图贡献可显著增强或抑制 h→γγ 的衰变率，与标准模型相比，为大型强子对撞机（LHC）在约125 GeV附近观测到的双光子过剩现象提供了可行解释，同时在其他衰变道中保持与标准模型相似的衰变率。

ABSTRACT

We investigate Higgs boson decay into two photons in the type-II seesaw model. The rate of $h o γγ$ gets suppressed/enhanced in this model compared to the Standard Model (SM) due to the presence of the singly and doubly charged Higgs $H^\pm$ and $H^{\pm\pm}$.

研究动机与目标

• 研究希格斯三重态模型（DTHM）中 h→γγ 衰变宽度，DTHM 是标准模型的一种类型-II seesaw 扩展。
• 确定 LHC 在约 125 GeV 附近观测到的双光子过剩是否可由 DTHM 中的新带电希格斯态解释。
• 评估该模型是否能同时解释 h→γγ 的偏离，同时在其他希格斯衰变道（如 h→bb̄、τ⁺τ⁻、WW* 和 ZZ*）中保持与标准模型相似的衰变率。
• 利用 LHC 和 ILC 的精确测量数据，从双光子数据中推导出 H± 和 H±± 玻色子质量的约束。

提出的方法

• 该研究采用包含复数标量三重态 Δ 的 DTHM 标量势，引入 CP 偶、CP 奇、单电荷和双电荷希格斯态。
• 希格斯 sector 由七个独立参数参数化：λ、λ₁–λ₄、μ 和 vₜ，且受微扰幺正性和真空稳定性约束。
• 通过包含 H± 和 H±± 玻色子的圈图计算部分宽度 Γ(h→γγ)，使用有效耦合 hH±H∓ 和 hH±±H∓∓。
• 通过比值 Rγγ = Γ(h→γγ)/Γ_SM(h→γγ) 将分支比 Br(h→γγ) 与标准模型预测进行比较，该比值取决于带电希格斯玻色子的质量和耦合。
• 在 (λ₁, λ₄) 参数空间内进行数值扫描，以探索 Rγγ 增强或抑制的区域。
• 从 LHC 双光子排除极限和 ILC 精确测量中推导约束，特别利用 γγ 模式实现对 h→bb̄ 宽度 2% 的精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 DTHM 能否通过带电希格斯玻色子的圈图贡献解释 LHC 在约 125 GeV 附近观测到的双光子过剩？
• RQ2 H± 和 H±± 的质量和耦合如何影响 DTHM 中 h→γγ 衰变宽度与标准模型的比较？
• RQ3 DTHM 是否能同时增强或抑制 h→γγ，同时在其他希格斯衰变道（如 h→bb̄、τ⁺τ⁻、WW* 和 ZZ*）中保持与标准模型相似的衰变率？
• RQ4 与当前 LHC 双光子排除极限和未来 ILC 精确测量一致的 H±± 和 H± 的可行质量范围是什么？
• RQ5 在幺正性和真空稳定性约束下，双光子道在多大程度上能将 DTHM 与标准模型区分开？

主要发现

• 在参数空间的某些区域，DTHM 可使 h→γγ 衰变宽度增强至约 2.5 倍，特别是在 H±± 和 H± 轻且 λ₁ 较大时。
• 当 m_h ≈ 125 GeV 时，该模型可在 m_H±± < 200 GeV 且 λ₁ ≈ 8 的区域解释 ATLAS 和 CMS 报告的观测到的双光子过剩，此时 Rγγ > 1。
• 在参数空间的其他区域，特别是 λ₄ 为较大负值时，h→γγ 衰变速率可被抑制至低于标准模型值，即使在带电希格斯玻色子较重时，Rγγ 仍可小于 1。
• 由于 SM 类希格斯玻色子 h 与 SM 粒子的树图耦合完全相同，该模型在所有其他希格斯衰变道（如 h→bb̄、τ⁺τ⁻、WW*、ZZ*）中保持与 SM 相似的衰变率。
• 双光子衰变速率的抑制可解释为何 LEP 在 114–115 GeV 范围内未能探测到 SM 类希格斯玻色子，即使该态存在，也因 h→γγ 分支比降低而难以被发现。
• 在 (m_H±±, Rγγ) 平面中，m_h 与 m_H±± 之间存在相关性，表现为水平条带，表明 Rγγ 主要对 H±± 和 H± 的质量敏感，而非 m_h，尤其在 SM 类 h 的区域。