[论文解读] The (g-2)_mu data and the lightest Higgs boson in 2HDM(II)

Maria Krawczyk|ArXiv.org|Dec 7, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文利用μ子反常磁矩的新测量结果E821，对非超对称2HDM(II)模型中最轻的希格斯玻色子进行约束。通过采用Higgs对$a_\mu$的两圈计算，得出了对轻标量$h$和赝标量$A$的Yukawa耦合更严格的限制，表明质量在25–70 GeV之间且$\tan\beta > 30$的赝标量是允许的，而轻标量则被排除。

ABSTRACT

The present limits on the lightest Higgs boson in 2HDM (II) in light of the new E821 measurement of g-2 for the muon are discussed.

研究动机与目标

• 利用μ子反常磁矩的更新E821测量结果，重新评估2HDM(II)模型中对最轻希格斯玻色子的约束。
• 评估强子真空极化贡献不确定性对$a_\mu$中新物理贡献允许区域的影响。
• 通过Higgs对$a_\mu$的两圈计算，推导出对轻标量$h$和赝标量$A$的Yukawa耦合更优的约束。
• 将$g-2_\mu$约束与现有的$Z \to h(A)\gamma$、$\Upsilon$衰变和LEP搜索的实验限制相结合，推导出对轻希格斯玻色子 sector 的当前约束。
• 确定2HDM(II)中的轻希格斯玻色子是否能同时满足$g-2_\mu$异常和其他实验约束。

提出的方法

• 本研究采用两种代表性的标准模型预测值$a_\mu^{SM}$：一种基于Davier和Höcker（DH）的强子贡献（情形A），另一种基于Jegerlehner（J2000）且具有更大不确定性（情形B）。
• 在结合实验和理论不确定性的基础上，计算$\Delta a_\mu = a_\mu^{exp} - a_\mu^{SM}$，并推导出新物理贡献$\delta a_\mu$在95%置信水平（CL）下的区间。
• 执行了Higgs对$a_\mu$的两圈计算，包括涉及$W^+$和$H^\pm$的费米子和玻色子圈图（标量$h$），以及仅涉及$H^\pm$的圈图（赝标量$A$），并设定$\chi_V^h = 0$以抑制$W$-圈贡献。
• 分析假设单一主导的Higgs交换（$h$或$A$），并评估所得$\delta a_\mu$随Higgs质量与$\tan\beta$的变化。
• 将ALEPH、DELPHI、OPAL和LEP对Yukawa耦合的限制与$g-2_\mu$约束相结合，并纳入$Z \to h(A)\gamma$、$\Upsilon$衰变和Tevatron搜索的限制。
• 在情形A（较小的强子不确定性）和情形B（较大的不确定性）之间进行比较，其中情形A产生正的$\delta a_\mu$带，而情形B允许正负两种贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过轻希格斯玻色子的贡献，新的E821测量结果$g-2_\mu$能否与2HDM(II)模型相容？
• RQ2 强子真空极化贡献的不确定性如何影响$a_\mu$中新物理区域的允许范围？
• RQ3 当使用两圈计算而非一阶近似时，2HDM(II)中对最轻希格斯玻色子（$h$或$A$）的Yukawa耦合有何约束？
• RQ4 哪些质量范围和$\tan\beta$值下的轻希格斯玻色子与$g-2_\mu$异常及其他实验限制一致？
• RQ5 将$g-2_\mu$数据与其他低能及LEP约束结合后，是否允许2HDM(II)中存在轻标量$h$或轻赝标量$A$？

主要发现

• 对于情形A（基于DH强子贡献），$\delta a_\mu$的95% CL区间为$102 \leq \delta a_\mu \leq 750 \times 10^{-11}$，表明仅存在正贡献。
• 对于情形B（基于J2000），95% CL区间为$-8.65 \leq \delta a_\mu \leq 733 \times 10^{-11}$，允许正负两种贡献。
• 两圈分析表明，正的$\delta a_\mu$可由质量低于5 GeV的标量$h$或质量高于3 GeV的赝标量$A$产生。
• 负的$\delta a_\mu$与质量高于5 GeV的标量$h$或质量低于3 GeV的赝标量$A$相关联。
• 将$g-2_\mu$约束与其他限制结合后，质量在25 GeV至70 GeV之间且$\tan\beta > 30$的赝标量$A$是允许的，而轻标量$h$则被排除。
• 与先前限制相比，特别是在情形B下，对$A$高于50 GeV和$h$高于10 GeV的限制有所改进，并在情形A中为$h$低于5 GeV和$A$高于3 GeV提供了允许区域。