[论文解读] The "96 GeV excess'' at the ILC

T. Biekötter, M. Chakraborti+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

该论文提出，在具有实单重态的下一个最小2HDM（N2HDM）模型中，特别是类型II和类型IV变体中，96 GeV的二光子衰变过剩（CMS）和98 GeV的b¯b过剩（LEP）可由一个轻希格斯玻色子解释。该模型同时满足所有实验和理论约束，且预测未来ILC测量可通过精确的希格斯耦合扫描或直接产生96 GeV态来确认或排除此解释。

ABSTRACT

The CMS collaboration reported an intriguing \sim 3 sigma (local) excess at 96 GeV in the light Higgs-boson search in the diphoton decay mode. This mass coincides with a \sim 2 sigma (local) excess in the bb final state at LEP. We present the interpretation of this possible signal as the lightest Higgs boson in the 2 Higgs Doublet Model with an additional real Higgs singlet (N2HDM). It is shown that the type II and type IV (flipped) of the N2HDM can perfectly accommodate both excesses simultaneously, while being in agreement with all experimental and theoretical constraints. The excesses are most easily accommodated in the type II N2HDM, which resembles the Yukawa structure of supersymmetric models. We discuss the experimental prospects for constraining our explanation at future $e^+e^-$ colliders, with concrete analyses based on the ILC prospects.

研究动机与目标

• 通过单一新标量态解释CMS中96 GeV二光子过剩与LEP中98 GeV b¯b过剩的共存现象。
• 探究带有实单重态的2HDM（N2HDM）是否能同时满足所有约束条件并容纳这两个过剩。
• 评估该解释在未来的e+e−对撞机（特别是国际线性对撞机ILC）中的实验可行性。
• 识别ILC中可观察的信号，以确认或排除所提出的N2HDM情景。

提出的方法

• 在N2HDM参数空间中进行全局参数扫描，约束条件包括HiggsBounds、HiggsSignals、味物理、电弱精确测量和微扰性。
• 使用公开工具N2HDECAY和SusHi计算Higgs宽度和生产截面，供HiggsSignals和HiggsBounds使用。
• 将最轻的CP偶态h1作为96 GeV态，h2识别为125 GeV的SM类似希格斯玻色子，较重的态（h3、A、H±）设为高于400 GeV。
• 通过比较预测的信号强度（µCMS和µLEP）与观测到的过剩，识别可行的基准点。
• 利用传统和基于动量反冲的搜索技术，投影ILC对Higgsstrahlung和b¯b衰变的灵敏度。
• 分析SM类似希格斯玻色子耦合（至费米子和矢量玻色子）的偏离，作为该模型的间接探测手段。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有实单重态的N2HDM能否同时解释CMS中96 GeV二光子过剩和LEP中98 GeV b¯b过剩？
• RQ2 哪种N2HDM类型（II或IV）在满足所有约束条件下对两个过剩的拟合最佳？
• RQ3 未来ILC测量对96 GeV希格斯玻色子的直接产生有多敏感？
• RQ4 HL-LHC和ILC对125 GeV希格斯玻色子耦合的精确测量在多大程度上可将N2HDM解释与标准模型区分开来？
• RQ5 ILC中是否存在可观测的信号可实现对所提模型的排除或确认？

主要发现

• 类型II和类型IV的N2HDM情景可同时容纳96 GeV二光子过剩（3σ局部显著性）和98 GeV b¯b过剩（2.3σ局部显著性），且满足所有实验和理论约束。
• 在类型II N2HDM中，96 GeV态h1主要为单重态特性，通过与125 GeV希格斯玻色子h2的混合与SM粒子耦合，导致二光子衰变率增强，从而解释CMS中的过剩。
• 所有在1σ水平下同时拟合两个过剩的基准点，若背景中无SM以外的新物理，将被ILC标准Higgsstrahlung和b¯b衰变搜索灵敏度排除。
• 若96 GeV态存在，ILC将能大量产生该态，使其可被直接发现。
• 若N2HDM解释正确，HL-LHC和ILC对125 GeV希格斯玻色子耦合的精确测量将显示与SM预测的显著偏离，其中|ch2VV|在HL-LHC中偏离超过2σ，在ILC中超过5σ。
• 类型II和类型IV情景中的耦合模式导致不同的标度行为，未来精确的希格斯耦合测量可实现对两种模型的潜在区分。