[论文解读] The CP-violating type-II 2HDM and Charged Higgs boson benchmarks

L. Basso, A. Lipniacka+5 more|arXiv (Cornell University)|May 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 4

一句话总结

本文重新审视了在125 GeV Higgs玻色子为最轻标量的CP破坏型II型双希格斯双重模型（2HDM），并基于LHC数据（包括ATLAS和CMS关于Higgs信号强度的结果）更新了约束条件。研究提出了通过 $pp \to H^+W^- \to W^+W^-H_1X$ 通道进行带电希格斯玻色子搜索的基准情景，表明尽管顶夸克背景较大，但通过有效的动量抑制策略，规范玻色子关联产生通道仍具备可行的发现前景。

ABSTRACT

We review and update the interpretation of the 125 GeV scalar as the lightest Higgs boson of the Two-Higgs-Doublet Model, allowing for CP violation in the potential. The detection of a charged Higgs boson would exclude the Standard Model. Proposed benchmarks for charged-Higgs searches in the channel pp o H^+W^-X o W^+W^-H_1X are reviewed and updated.

研究动机与目标

• 根据2013年莫里翁德会议更新的LHC数据，特别是125 GeV希格斯玻色子的信号强度，重新评估CP破坏型II型2HDM的可行性。
• 在CP破坏条件下，识别并更新 $pp \to H^+W^- \to W^+W^-H_1X$ 通道中带电希格斯玻色子搜索的基准点。
• 评估规范玻色子关联产生的带电希格斯玻色子是否可通过优化动量切片克服巨大的顶夸克背景。
• 通过应用正定性、幺正性、微扰性和全局最小值约束，确保势能的理论一致性。

提出的方法

• 该模型通过复参数 $m_{12}^2$ 和 $\lambda_5$ 构建，允许标量势中的CP破坏，其中最轻的CP偶态希格斯 $H_1$ 被识别为125 GeV态。
• 使用 $M_1$、$M_2$、$M^\pm$、$\tan\beta$ 和 $\mu^2 = \text{Re}(m_{12}^2)/(2\cos\beta\sin\beta)$ 作为输入参数扫描参数空间。
• 理论约束包括正定性、树幅幺正性（$|\lambda_i| < 8\pi$）、微扰性以及全局最小值稳定性。
• 实验约束来自 $R_{\gamma\gamma}$、$R_{VV}$、$B \to \tau\nu$、$\Gamma(Z \to b\bar{b})$、$S$ 和 $T$ 观测量，以及电子电偶极矩。
• 通过三个角度 $\alpha_j$ 参数化混合矩阵，并基于质量与 $\tan\beta$ 推导 $\lambda_i$ 的近似关系，实现高效扫描。
• 基准点的选择基于高产额截面与有利的衰变率，特别是当 $M_{H_2} \sim M_{H^\pm} + M_W$ 时。

实验结果

研究问题

• RQ1 在更新的LHC约束下，特别是来自 $R_{\gamma\gamma}$ 和 $R_{VV}$ 的约束，CP破坏型II型2HDM是否仍具可行性？
• RQ2 在LHC中，通过 $H^+W^-$ 产生通道检测带电希格斯玻色子的最有利基准情景是什么？
• RQ3 CP破坏如何影响允许的参数空间以及带电希格斯衰变的理论物理现象？
• RQ4 尽管存在巨大的 $t\bar{t}$ 背景，规范玻色子关联的 $H^+W^-$ 产生是否仍能提供可行的发现通道？
• RQ5 在理论与实验约束下，$\tan\beta$ 与 $M_{H^\pm}$ 的上限是多少？

主要发现

• $R_{\gamma\gamma}$ 约束（ATLAS 2-σ范围：1.05 至 2.33）显著限制了允许的参数空间，排除了低于单位值的参数。
• $R_{VV}$ 约束（2-σ范围：0.3 至 2.7）来自 $WW$ 与 $ZZ$ 通道的联合分析，进一步收紧了对较重希格斯态耦合的限制。
• 基准点 $P'_{5}$（$M_{H^\pm} \sim 600$ GeV，$M_{H_2} \sim M_{H^\pm} + M_W$）在带电希格斯玻色子搜索中展现出有利的产额截面与衰变率。
• 大 $\tan\beta$ 值受 $B \to \tau\nu$ 衰变与理论约束限制，当 $\mu = 0$ 时，$\tan\beta$ 的截止值约为 5 至 7。
• 势能中全局最小值的要求计算成本高昂，仅在满足所有其他约束后才应用。
• 尽管参数空间缩小，但由于通过动量切片有效抑制了 $t\bar{t}$ 背景，$H^+W^-$ 通道仍保持可行的发现潜力。