[论文解读] Implications Of The Higgs Discovery On Physics Beyond The Standard Model

Dipankar Das|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用 4

一句话总结

本论文研究了LHC对希格斯玻色子的发现对标准模型之外物理学（BSM）的影响，重点关注幺正性、希格斯信号强度和味物理带来的约束。研究发现，非标准希格斯耦合受到严格限制，带电希格斯玻色子在双光子衰变中不发生渐近分离，且具有离散对称性的多重希格斯双态模型（multi-Higgs doublet models）需在1 TeV以下存在大量新粒子。

ABSTRACT

In this thesis, we investigate the implications of the LHC Higgs data on different BSM scenarios. Since the data seem to agree with the SM expectations, any nonstandard couplings will be strongly constrained. First we investigate, in a model independent way, the constraints on the nonstandard Higgs couplings with the fermions and the vector bosons in view of high energy unitarity and the measured value of the Higgs to diphoton signal strength. Then we concentrate on a particular BSM scenario, namely, the two Higgs-doublet models (2HDMs). Consistency of the Higgs data with the corresponding SM predictions strongly motivates us to work in the {\em alignment limit}. In this limit, including the informations of Higgs mass and its SM-like nature, we find many new constraints on the nonstandard masses and $ anβ$. We also study the constraints on the charged scalar mass arising from the $h o γγ$ signal strength measurements and observe that the charged scalar does not necessarily decouple from the diphoton decay width. We then move on to some particular variants of 2HDMs, known as BGL models, and study the flavor constraints on these models. Here we find that lighter than conventionally allowed nonstandard scalars can successfully negotiate the stringent bounds coming from flavor physics data and can leave unconventional decay signatures that can be used as distinctive features of these models. We also analyze the stability and unitarity constraints in a three Higgs-doublet model (3HDM) with $S_3$ symmetry and find that there must be many more nonstandard particles below 1~TeV. We also observe that the nondecoupling feature of the charged scalar in the context of $h o γγ$ is not unique to the 2HDMs only, instead it is a general property of the multi doublet extensions of the SM with an exact discrete symmetry.

研究动机与目标

• 以模型无关的方式评估LHC希格斯数据对非标准希格斯耦合的约束。
• 在标准模型（SM）样希格斯性质的背景下，探讨双希格斯双态模型（2HDMs）在对齐极限下的可行性。
• 研究BGL型2HDM中的味物理约束，允许存在更轻的非标准标量粒子。
• 分析具有S3对称性的三希格斯双态模型（3HDM）中的幺正性和稳定性。
• 确定带电希格斯在h→γγ衰变中非渐近分离行为是否为具有离散对称性的多重双态模型的普遍特征。

提出的方法

• 采用模型无关的有效场论技术，约束希格斯玻色子与费米子及矢量玻色子之间的非标准耦合。
• 应用高能幺正性边界和实测的希格斯信号强度（特别是γγ衰变）来约束2HDM的参数空间。
• 在2HDM中使用对齐极限以强制实现标准模型样希格斯耦合，将参数空间简化为tanβ和非标准标量质量。
• 通过分析味改变中性流（FCNCs）及稀有衰变的约束，来限制BGL模型的参数。
• 在具有S3对称性的3HDM中开展稳定性与幺正性分析，推导出标量质量的约束边界。
• 将分析扩展至证明：在具有精确离散对称性的多重双态模型中，带电希格斯在h→γγ衰变中不发生渐近分离是普遍特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC希格斯数据如何约束希格斯玻色子与费米子及矢量玻色子之间的非标准耦合？
• RQ2 h→γγ衰变中的希格斯信号强度对2HDM中带电希格斯玻色子质量有何影响？
• RQ3 BGL型2HDM能否容纳更轻的非标准标量粒子，同时满足味物理约束？
• RQ4 具有S3对称性的3HDM在稳定性和幺正性方面有何约束？
• RQ5 带电希格斯在h→γγ衰变中不发生渐近分离的行为是否仅存在于2HDM中，还是可推广至其他多重双态模型？

主要发现

• 非标准希格斯耦合与费米子及矢量玻色子之间受到幺正性和实测希格斯信号强度的强烈约束。
• 在2HDM的对齐极限下，对tanβ和非标准希格斯态质量施加了严格约束。
• 由于圈图贡献，即使在高能质量下，带电希格斯玻色子在h→γγ衰变振幅中也不发生渐近分离。
• BGL模型允许非标准标量比以往认为的更轻，其衰变特征具有非典型性，可在对撞机中探测到。
• 具有S3对称性的3HDM需要在1 TeV以下存在大量新粒子，以满足幺正性和稳定性条件。
• 在具有精确离散对称性的多重双态扩展模型中，带电希格斯在h→γγ衰变中不发生渐近分离是普遍特征。