[论文解读] LIKE-SIGN CHARGED HIGGS BOSON PRODUCTION IN e, e, COLLISIONS AT THE NLC

Thomas G. Rizzo|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了在扩展电弱模型下，于下一代线性对撞机（NLC）上通过W⁺W⁻融合机制主导的同号荷电Higgs玻色子对产生过程（e⁺e⁻ → H⁺H⁻）。结果表明，不同模型中的截面差异可达七数量级，使该过程成为探测Higgs结构，特别是具有扩展标量场的模型（如双Higgs双重态模型THDM和三重态模型）的高灵敏度探针。

ABSTRACT

We consider the production of a pair of like-sign charged Higgs bosons in e, e, collisions at the NLC within the context of several electroweak models with extended symmetry breaking sectors. We nd that the rate for this process, which proceeds through W, W, fusion, is a very sensitive probe of the nature of these extended Higgs sectors and that the corresponding cross sections can vary by asmuch as several orders of magnitude at NLC energies. The scalar sector of the Standard Model(SM) which is responsible for the spontaneous breaking of SU(2)L U(1)Y consists of only a single SU(2)L doublet. This results in there being only one real physical Higgs eld after the Goldstone bosons are eaten by the W and Z. Asiswell-known, this rather simple situation is far from unique1 even when we impose the naturalness condition that = M 2 2 W =MZc2 w = 1 at the

研究动机与目标

• 研究在NLC上通过同号荷电Higgs对产生（e⁺e⁻ → H⁺H⁻）作为探测扩展Higgs结构的可行性与灵敏度。
• 分析在具有额外Higgs双重态或三重态等扩展标量场的模型中，H⁺H⁻产生截面的变化情况。
• 评估W⁺W⁻融合作为主导产生机制的作用，及其对Higgs结构参数（如质量与混合角）的依赖性。
• 评估在存在共振增强或树图层级显著抵消的场景下，NLC观测H⁺H⁻对的可能性。
• 比较同号Higgs产生对Higgs结构的灵敏度，包括CP偶与CP奇Higgs贡献及其干涉效应。

提出的方法

• 分析W⁺W⁻融合子过程W⁺W⁻ → H⁺H⁻作为e⁺e⁻碰撞中同号Higgs对产生的主导机制。
• 采用有效拉格朗日量技术，对双Higgs双重态模型（THDM）及具有Higgs三重态的模型进行建模，重点研究t-和u-通道中性Higgs交换。
• 推导W⁺W⁻ → H⁺H⁻的振幅，显示CP偶与CP奇Higgs贡献之间的干涉，振幅正比于cos(β−α)/(t−m_h²) + sin(β−α)/(t−m_H²) − 1/(t−m_A²)。
• 进行树图与一阶量子修正的截面计算，包括顶夸克与SUSY伴子的辐射修正，以缓解SUSY-THDM中的抵消效应。
• 通过改变tanβ、m_H⁺、m_H、m_A与c_H = cosθ_H等参数，绘制截面与Higgs结构的关系图。
• 在THDM、SUSY-THDM及具有三重态Higgs表示的模型之间进行比较，突出截面大小与参数依赖性的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型之外的扩展Higgs结构模型中，同号Higgs对产生（e⁺e⁻ → H⁺H⁻）的截面对Higgs结构的敏感度如何？
• RQ2 W⁺W⁻融合在NLC上产生同号Higgs对的过程中起什么作用？其对中性Higgs玻色子质量与混合特性的依赖性如何？
• RQ3 为何在SUSY-THDM的树图层级中，截面会因CP偶与CP奇Higgs贡献的破坏性干涉而趋于零？辐射修正如何恢复可观测的截面？
• RQ4 通过s-通道H⁺⁺交换的共振增强是否可显著提升截面？在何种参数条件下会发生？
• RQ5 与THDM相比，具有Higgs三重态表示的模型在H⁺H⁻产生截面及其对模型参数的依赖性方面有何差异？

主要发现

• 在e⁺e⁻碰撞中，通过W⁺W⁻融合机制产生的同号Higgs对截面，在不同扩展Higgs模型之间可相差高达七数量级，使其成为探测Higgs结构的极高灵敏度探针。
• 在树图层级的SUSY-THDM中，CP偶与CP奇Higgs贡献之间的破坏性干涉导致近似完全抵消，使得截面小到即使在高亮度条件下也难以观测。
• 来自顶夸克与SUSY伴子圈图的辐射修正显著降低了抵消效应，使截面提升至约0.1 fb的可观测量级，具体取决于模型参数。
• 在具有Higgs三重态或额外全局对称性的模型中，截面相比THDM可额外增强两个数量级，达到约10 fb的水平。
• 通过s-通道H⁺⁺交换的共振产生可使截面显著增大，当m_H⁺⁺接近阈值时，截面可超过100 fb，使此类共振态在NLC上极为显著。
• 在一般THDM中，H⁺H⁻产生的截面强烈依赖于轻CP偶Higgs玻色子（m_H）的质量与混合角cosθ_H，当cosθ_H → 0时，由于H⁰态的解耦，截面急剧下降。