[论文解读] The CP-conserving 2HDM after the 8 TeV run

P. M. Ferreira, Renato Guedes+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 3

一句话总结

本文在LHC 8 TeV运行之后分析了CP不变的两希格斯双重模型（2HDM），重点关注Higgs粒子与底夸克的耦合符号相对于标准模型发生反转的“错误符号”情形。尽管存在这种偏离，由于圈图衰变中的抵消效应，该模型依然可行；未来高亮度LHC运行可通过精确测量Higgs粒子到光子和胶子的耦合，特别是通过带电Higgs粒子圈对h→γγ的贡献，来探测该模型。

ABSTRACT

We confront the most common CP-conserving 2HDM with the LHC data analysed so far while taking into account all previously available experimental data. A special allowed corner of the parameter space is analysed - the so-called wrong-sign scenario where the Higgs coupling to down-type quarks changes sign relative to the Standard Model while the coupling to the massive vector bosons does not.

研究动机与目标

• 评估LHC 8 TeV运行后具有软性破缺Z₂对称性的CP不变2HDM的可行性。
• 研究Higgs粒子与底夸克的耦合相对于标准模型为负的“错误符号”情形，而与向量玻色子的耦合仍保持标准模型形式。
• 确定该情形是否与当前LHC数据一致，以及是否可在未来高能、高亮度运行中被探测。
• 评估Higgs信号强度（特别是μγ和μg）对底夸克耦合符号的敏感性。
• 评估通过精确测量Higgs衰变和产生模式，在LHC和国际线性对撞机上发现该模型的潜力。

提出的方法

• 使用与SusHi、HDECAY、HIGLU和2HDMC接口的ScannerS，计算2HDM参数空间中Higgs的产生截面和分支比。
• 应用HiggsBounds和HiggsSignals，利用所有可用的LHC和电弱精确测量数据对模型进行约束。
• 在m_h = 125.9 GeV，m_H、m_A < 1 TeV，m_H±在100 GeV至1 TeV之间，tanβ ∈ [1,30]，α ∈ [−π/2, π/2]，以及m₁₂² ∈ [−50, 500]² GeV²范围内执行全局扫描。
• 为最终态f = WW, ZZ, bb̄, γγ, τ⁺τ⁻定义信号强度μ_f = (σ × BR)/(σ_SM × BR_SM)，以与标准模型预期进行比较。
• 分析错误符号情形对h→γγ和h→gg衰变的影响，重点研究带电Higgs圈的干涉效应。
• 评估在14 TeV LHC下，300 fb⁻¹和3000 fb⁻¹亮度下，以及在国际线性对撞机上，对κγ和κg的预期实验精度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC 8 TeV数据之后，Higgs粒子与底夸克耦合为负的“错误符号”情形是否仍然可行？
• RQ2 SM与错误符号2HDM在圈诱导衰变（h→γγ和h→gg）方面有何不同？这些衰变是否可用于探测底夸克Yukawa耦合的符号？
• RQ3 未来LHC运行（14 TeV，高亮度）通过精确测量Higgs信号强度，对探测错误符号情形的敏感度如何？
• RQ4 在非解耦行为下，h→γγ中的带电Higgs圈是否能提供可测量的特征，以区分错误符号情形与SM？
• RQ5 在LHC和国际线性对撞机上，对κγ和κg的预期测量精度是多少？它们是否能解决底夸克Yukawa耦合的符号模糊性？

主要发现

• 由于圈贡献中的抵消效应，错误符号情形在所有最终态（包括WW、ZZ、bb̄、τ⁺τ⁻和γγ）中均保持在SM信号强度的20%以内，因此该情形依然可行。
• 在tanβ = 8时，错误符号情形下Γ(h→WW/ZZ)仅减少6%，对应μ_h^WW的偏移可忽略不计，原因在于大tanβ下sin(β−α) ≈ sin(β+α)。
• 由于带电Higgs圈的破坏性干涉，错误符号情形下h→γγ的衰变宽度最多减少约10%，且该效应在高质质量下不会解耦。
• κγ测量对底夸克Yukawa耦合符号敏感，当κ_D → −1时，宽度相对于SM变化1%，但主要效应来自非解耦的带电Higgs圈。
• 在14 TeV LHC下，300 fb⁻¹亮度时κγ的预期实验精度为5–7%，3000 fb⁻¹时为2–5%，因此探测错误符号情形是可行的。
• 14 TeV LHC在高亮度（3000 fb⁻¹）下，通过测量κγ和κg具有强大潜力来区分错误符号情形，预期κg和κγ的精度分别为3–5%和2–5%。