[论文解读] Implication of Higgs Precision Measurement on New Physics

Ning Chen, Tao Han+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 34被引用 4

一句话总结

本文研究了未来Higgs工厂和Z玻色子工厂中对Higgs粒子和Z玻色子的高精度测量，如何约束类型-II双 Higgs双生模型（2HDM）中的新物理。通过使用一阶微扰论全局拟合信号强度和非斜参数，本文表明Higgs工厂的测量可对重标量质量、质量差以及三线耦合提供互补且严格的约束——尤其当与Z玻色子极点数据结合时，凸显了超越标准模型的多通道高精度测试的强大能力。

ABSTRACT

Future precision measurements of the Standard Model (SM) parameters at the proposed Z-factories and Higgs factories may have significant impacts on new physics beyond the Standard Model (BSM). We illustrate this by focusing on the Type-II two Higgs doublet model. A multi-variable global fitting is performed with full one loop contributions to relevant couplings. The Higgs signal strength measurements at proposed Higgs factories can provide strong constraints on new physics and are found to be complementary to the Z-pole measurements.

研究动机与目标

• 评估未来高精度Higgs与Z玻色子测量对约束类型-II双 Higgs双生模型（2HDM）中新物理的影响。
• 评估拟议Higgs工厂（如ILC、CEPC）对Higgs信号强度和耦合偏离标准模型的敏感度。
• 研究Higgs工厂测量与Z玻色子极点精度数据在探测2HDM参数空间方面的互补性。
• 考察当树图对齐已满足时，圈修正在约束重标量质量与质量差中的作用。
• 确定非对齐与非简并标量质量如何影响Higgs与Z玻色子测量联合约束的结果。

提出的方法

• 在类型-II 2HDM中使用一阶修正耦合，对Higgs信号强度与Z玻色子极点非斜参数（S、T、U）进行多变量全局拟合。
• 利用ILC H-20场景（例如，250 GeV下2 ab⁻¹）的统计精度，估算Higgs耦合的亚百分之一水平精度。
• 应用Gfitter软件包，从Z玻色子极点测量中推导S、T、U参数的约束，包括误差相关矩阵。
• 使用T参数分析m_A–m_C平面上质量差（ΔmA、ΔmC）的约束，分别在有与无Higgs数据的情况下进行。
• 比较Higgs与Z玻色子极点测量的单独与联合约束，以量化其互补性。
• 研究约束对cos(β−α)（对齐参数）的依赖性，以研究偏离退耦合极限与对齐极限的情况。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来Higgs工厂测量在包含圈修正的情况下，如何约束类型-II 2HDM的参数空间？
• RQ2 Higgs高精度测量在多大程度上能与Z玻色子极点测量互补，以约束重标量质量与质量差？
• RQ3 非对齐（cos(β−α) ≠ 0）与非简并标量质量对Higgs与Z玻色子数据联合约束的影响是什么？
• RQ4 圈修正如何影响对三线Higgs耦合与重Higgs质量的探测灵敏度？
• RQ5 与单独测量相比，Higgs与Z玻色子数据的组合是否能显著缩小允许的参数空间？

主要发现

• 当cos(β−α) = 0时，Higgs工厂以亚百分之一精度测量可将重Higgs玻色子（H）的质量约束在600 GeV以上，且在包含圈修正时约束更紧。
• Z玻色子极点测量的T参数对质量差（ΔmA、ΔmC）提供强约束，尤其在m_A–m_C平面上，1-σ与2-σ区域清晰可辨。
• Higgs测量对cos(β−α)高度敏感；当该参数偏离零（例如±0.007）时，对于更大的重标量质量，允许的参数空间进一步缩小。
• Higgs与Z玻色子测量的联合使用在m_A–m_C平面上产生的允许区域显著小于任一测量单独的结果，展现出强烈的互补性。
• 当cos(β−α) = 0时，随着重标量质量增加，允许区域扩大，与退耦合极限一致；然而，偏离该极限会因幺正性与微扰性约束而缩小允许区域。
• 在ILC H-20场景中，h→bb̄与h→WW*等通道的Higgs信号强度测量可实现亚1%的精度，从而能够灵敏探测超越树图对齐的新物理。