[论文解读] Probing loop effects in wrong-sign Yukawa region of 2HDM

Wei Su|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 35被引用 4

一句话总结

本文利用LHC直接搜寻与希格斯玻色子精密测量，研究了在单圈修正下，Type-II双希格斯双重模型（2HDM）中错误符号Yukawa区域的性质。研究发现，圈修正显著改变了约束条件：小λv²的区域受到更强的排除，而大λv²则允许更大的残留错误符号区域，尤其在mA = 800 GeV与√λv² = 400 GeV时，cos(β−α) ∈ (0, 0.3)在联合约束下仍可被接受。

ABSTRACT

In the framework of 2HDM, we explore the wrong-sign Yukawa region with direct and indirect searches up to one-loop level. The direct searches include the latest $H/A o f\bar f, VV, Vh, hh$ reports at current LHC, and the study of indirect Higgs precision measurements works with current LHC, future HL-LHC and CEPC. At tree level of Type-II 2HDM, for degenerate heavy Higgs mass $m_A=m_H=m_{H^\pm}<800$ GeV, the wrong-sign Yukawa regions are excluded largely except for the tiny allowed region around $\cos(β-α)\in(0.2,0.3)$ under the combined constraints. The excluded region is also nearly independent of parameter $m_{12}$ or $λv^2=m_A^2-m_{12}^2/(\sin β\cos β)$. The situation changes a lot after including loop corrections to the indirect searches, for example $m_A=800 $ GeV, the region with $λv^2<0$ will be stronger constrained to be totally excluded. Whilst $λv^2>0$ would get larger survived wrong-sign region, such as $\cos(β-α) \in (0,0.3)$ for $\sqrt{λv^2}=400$ GeV, under combined restrictions.

研究动机与目标

• 利用当前与未来的希格斯玻色子精密测量，检验Type-II 2HDM中错误符号Yukawa区域的可行性。
• 评估一阶圈修正相较于树图结果，如何改变对错误符号区域的约束。
• 评估参数λv² = m²A − m²12/(sinβ cosβ)对允许参数空间的影响。
• 比较LHC直接搜寻（H/A → ff, VV, Vh, hh）与LHC Run-II、HL-LHC及CEPC的间接全局拟合结果的约束。
• 确定在错误符号区域中，树图关系cos(β−α) ≈ 2/tanβ在单圈修正下是否仍然成立。

提出的方法

• 采用χ²-似然方法，在单圈水平下对LHC Run-II、HL-LHC与CEPC的希格斯玻色子精密测量数据进行全局拟合。
• 在树图水平下应用H/A → f̄f, VV, Vh, hh的直接搜寻限制，使用LHC Run-I与Run-II的σ × Br约束。
• 采用参数化λv² = m²A − m²12/(sinβ cosβ)，研究软Z₂破坏项m²12对约束的依赖性。
• 分析cos(β−α)−tanβ与mΦ−m12平面，检验在单圈水平下树图关系cos(β−α) = 2/tanβ是否成立。
• 评估圈修正对Yukawa耦合符号的影响，特别是对底夸克的影响。
• 比较不同对撞机阶段（LHC Run-II、HL-LHC、CEPC）下95%置信水平的允许区域，评估约束的演变过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Type-II 2HDM的错误符号Yukawa区域中，圈修正如何影响允许的参数空间？
• RQ2 λv²在修改错误符号区域约束方面起什么作用，特别是在mA = 800 GeV时？
• RQ3 在错误符号区域中，树图关系cos(β−α) = 2/tanβ在单圈水平下是否仍然有效？
• RQ4 与当前LHC数据相比，HL-LHC与CEPC未来希格斯玻色子精密测量在多大程度上进一步约束了错误符号区域？
• RQ5 直接LHC搜寻与间接精密测量联合起来，能在多大程度上排除错误符号Yukawa区域？

主要发现

• 当mA = mH = mH± < 800 GeV时，错误符号Yukawa区域在树图水平下基本被排除，仅在tanβ ∈ (8, 10)附近存在一个极小的允许区域。
• 在树图水平下，被排除区域几乎与m12或λv²无关，表明在无圈修正时，m12对约束无显著影响。
• 引入单圈修正后，λv² < 0的区域受到更强约束，且在mA = 800 GeV时最终被完全排除。
• 对于λv² > 0，允许的错误符号区域扩大；当√λv² = 400 GeV时，cos(β−α) ∈ (0, 0.3)在联合约束下仍可接受。
• 当mA = 1500 GeV时，λv² ≤ 0的区域被完全排除，而大λv²（>50 GeV²）使允许区域向右移动，从而减轻约束。
• 对于tanβ > 20，树图关系cos(β−α) = 2/tanβ在单圈水平下近似成立，但对于tanβ < 20，由于复杂的圈修正抵消，该关系失效。