[论文解读] H o\gamma\gamma in the Complex Two Higgs Doublet Model

Abdesslam Arhrib, Chuan-Hung Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 7

一句话总结

本文研究了在具有显式CP破坏的复两Higgs双峰模型（c2HDM）中H→γγ衰变，表明大的CP破坏相位可使双光子衰变率增强至三倍，同时抑制b̄b衰变，与125 GeV处LHC的双光子过剩现象一致。此外，研究进一步表明，光子极化的CP不对称性可高达10%，可在国际线性对撞机上检验。

ABSTRACT

We explore the parameter regions in the complex Two Higgs Doublet Model (c2HDM) with explicit CP violation that can describe current LHC hints for one or more Higgs boson signals at 125 GeV. Such a simple extension of the Standard model has three neutral Higgs bosons and a pair charged Higgs and leads to rich CP-violating sources including the CP-even CP-odd mixing of the neutral Higgs bosons. Within this model we present the production of light Higgs boson at the LHC followed by its decay into two photons. Our numerical study takes into account theoretical and experimental constraints on the Higgs potential like positivity, unitarity and perturbativity as well as $\ ho$-parameter, $b\ o s\\gamma$ and $R_b$. These requirement together with the minimum conditions could explain the di-photon excess observed at the LHC. We also discuss the effects of the CP violating phases on the CP violation observable which is the difference between left-circular and right-circular polarization.

研究动机与目标

• 利用具有显式CP破坏的扩展希格斯规范解释LHC数据中125 GeV处观测到的双光子过剩现象。
• 研究c2HDM中复杂 Yukawa 耦合与CP破坏相位对希格斯粒子产生与衰变截面的影响，特别是H→γγ衰变。
• 探讨CP破坏在希格斯衰变中的现象学影响，重点关注双光子末态中的极化不对称性。
• 识别满足理论与实验约束、同时重现观测到的H→γγ信号强度的c2HDM中可行的参数区域。

提出的方法

• 本研究采用具有希格斯势中复参数的复两Higgs双峰模型（c2HDM），包括复Yukawa耦合与CP破坏相位。
• 希格斯规范包含三个中性希格斯玻色子（一个轻的CP偶态类似粒子h₁）与一对带电希格斯玻色子，由于复耦合导致CP偶态与CP奇态成分之间发生混合。
• 分析包含理论约束（如正定性、幺正性、微扰性与ρ参数），以及来自b→sγ与Rb的实验限制。
• 利用窄宽度近似计算信号强度比Rγγ = [σ(pp→h₁) × Br(h₁→γγ)] / [σ(pp→h) × Br(h→γγ)]_SM。
• CP不对称性A₊₋定义为左旋与右旋圆极化光子衰变率之差，用于量化H→γγ模式中的直接CP破坏。
• 在c2HDM参数空间中进行数值扫描，变化CP破坏相位α₁与α₂，同时固定m_h₁ = 125 GeV与tanβ = 1.5。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC数据中125 GeV处观测到的双光子过剩现象是否可在具有显式CP破坏的复两Higgs双峰模型中得到解释？
• RQ2 复杂Yukawa耦合与CP破坏相位在增强H→γγ衰变率的同时抑制H→bb̄衰变中起何种作用？
• RQ3 单位性、微扰性与ρ参数等理论约束如何限制c2HDM中的可行参数空间？
• RQ4 在H→γγ衰变中，末态光子极化的CP不对称性（A₊₋）在多大程度上可被生成？其在未来的对撞机上是否可测量？
• RQ5 Rγγ、RWW与Rbb之间存在何种关联？大Rγγ能否与SM预测的Rbb一致共存？

主要发现

• 在c2HDM中，轻希格斯玻色子h₁的信号强度Rγγ可高达约3，可解释125 GeV处观测到的双光子过剩现象。
• Rγγ的显著增强与h₁→bb̄衰变模式的抑制相关联，但在c2HDM参数空间的某些区域中，Rγγ可被增强而Rbb仍与标准模型预测一致。
• 在c2HDM参数空间的某些区域，双光子末态中的CP不对称性A₊₋可高达10%，其由复Yukawa耦合与共振中间态的强相位驱动。
• Rγγ的增强主要源于CP偶态与CP奇态希格斯分量之间的混合，该混合改变了W玻色子圈图对H→γγ的贡献。
• Rγγ与RWW之间存在近似线性相关，表明当h₁WW耦合减小时，两种衰变模式会同时增强。
• 在施加ρ参数、单位性以及b→sγ与Rb等精确电弱观测量的约束后，该模型依然可行，参数空间被有效缩小。