[论文解读] Large pseudoscalar Yukawa couplings in the complex 2HDM

Duarte Fontes, Jorge C. Romão+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文研究了在复两Higgs双峰模型（C2HDM）中，轻希格斯玻色子（125 GeV）对底夸克和τ轻子表现出大赝标量Yukawa耦合，而其标量分量为零的情形。利用LHC的精确数据及未来预测，研究显示此类情形仍具可行性，且主要可通过测量 $ h \to \tau^+\tau^- $ 中的混合角 $\phi_{\tau}$ 来探测，即使在低亮度条件下亦可实现。

ABSTRACT

We start by presenting the current status of a complex flavour conserving two-Higgs doublet model. We will focus on some very interesting scenarios where unexpectedly the light Higgs couplings to leptons and to b-quarks can have a large pseudoscalar component with a vanishing scalar component. Predictions for the allowed parameter space at end of the next run with a total collected luminosity of $300 \, fb^{-1}$ and $3000 \, fb^{-1}$ are also discussed. These scenarios are not excluded by present data and most probably will survive the next LHC run. However, a measurement of the mixing angle $ϕ_τ$, between the scalar and pseudoscalar component of the 125 GeV Higgs, in the decay $h o τ^+ τ^-$ will be able to probe many of these scenarios, even with low luminosity. Similarly, a measurement of $ϕ_t$ in the vertex $\bar t t h$ could help to constrain the low $ an β$ region in the Type I model.

研究动机与目标

• 探索复2HDM中希格斯玻色子对费米子耦合的标量分量为零而赝标量分量仍保持较大的可行情形。
• 评估此类情形在当前及未来LHC约束下的可行性，特别是来自希格斯信号强度测量的约束。
• 识别关键实验可观测量——尤其是 $\phi_\tau$ 和 $\phi_t$ ——以区分这些情形与标准模型。
• 评估电偶极矩（EDM）约束的作用及其在未来实验中进一步限制参数空间的潜力。

提出的方法

• 构建具有软性破缺 $Z_2$ 对称性的复2HDM拉格朗日量，并通过复参数 $m_{12}^2$ 和 $\lambda_5$ 引入CP破坏相位。
• 应用理论与现象学约束，包括幺正性、真空稳定性及微扰性，以限制参数空间。
• 利用LHC在13–14 TeV下、亮度为300和3000 fb$^{-1}$ 时的 $h \to \gamma\gamma$、$WW^*$、$\tau^+\tau^-$ 和 $b\bar{b}$ 的信号强度数据，约束Yukawa耦合。
• 引入混合角 $\phi_{\tau}$、$\phi_t$ 和 $\phi_D$，以参数化费米子耦合中赝标量与标量分量的比值。
• 评估未来测量的灵敏度，特别是 $h \to \tau^+\tau^-$ 中 $\phi_\tau$ 对偏离标准模型的探测能力。
• 评估EDM限制的影响，特别是ACME实验的限制，并指出标量贡献中的抵消效应可能削弱约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在复2HDM中，是否存在希格斯玻色子对 $\tau$ 轻子或 $b$ 夸克耦合的标量分量为零而赝标量分量仍保持较大的情形？
• RQ2 当前及未来LHC数据（特别是亮度为300和3000 fb$^{-1}$ 时）如何约束此类情形？
• RQ3 哪些实验可观测量——尤其是 $\phi_\tau$、$\phi_t$ 或 $\phi_D$ ——对探测标量分量为零的情形最为敏感？
• RQ4 电偶极矩（EDM）约束在多大程度上限制这些情形？未来EDM测量将如何改变这一参数空间的格局？
• RQ5 未来直线对撞机是否能进一步探测这些非标准Yukawa耦合结构？

主要发现

• 在类型II、F和LS模型中，希格斯玻色子对 $\tau$ 轻子和 $b$ 夸克耦合中标量分量为零的情形仍具可行性，且与当前LHC数据一致。
• 对 $h \to \tau^+\tau^-$ 衰变中 $\phi_{\tau}$ 的测量高度敏感，即使在LHC低亮度条件下也能排除标量分量为零的情形。
• 在类型I模型中，对 $\bar{t}th$ 顶点中 $\phi_t$ 的测量可约束低 $\tan\beta$ 区域。
• 在F模型中，唯有对 $bbh$ 顶点中 $\phi_D$ 的直接测量才能探测标量分量为零的情形。
• 未来直线对撞机有望为这些非标准Yukawa耦合结构提供额外的探测灵敏度。
• EDM约束对底夸克类费米子的限制弱于对顶夸克的限制，因此在 $b$ 和 $\tau$ 体系中可允许更大的赝标量耦合而不违反约束。