[论文解读] Two Higgs Bosons at the Tevatron and the LHC?

G. Bélanger, Ulrich Ellwanger+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用 17

一句话总结

该论文提出，除了在LHC发现的125 GeV Higgs玻色子外，Tevatron的$b\bar{b}$信号以及CMS的$\gamma\gamma$和$\tau\tau$信号在136 GeV附近异常，可能由一个第二Higgs玻色子解释。在NMSSM中，双态-单态混合态增强了125 GeV处的$\gamma\gamma$衰变率，而136 GeV处的第二个CP偶性Higgs玻色子则解释了Tevatron的$b\bar{b}$信号异常和CMS的$\gamma\gamma$信号，且在多个衰变道中保持一致的信号速率。

ABSTRACT

The best fit to the Tevatron results in the bb channel and the mild excesses at CMS in the gamma-gamma channel at 136 GeV and in the tau-tau channel above 132 GeV can be explained by a second Higgs state in this mass range, in addition to the one at 125 GeV recently discovered at the LHC. We show that a scenario with two Higgs bosons at 125 GeV and 136 GeV can be consistent with practically all available signal rates, including a reduced rate in the tau-tau channel around 125 GeV as reported by CMS. An example in the parameter space of the general NMSSM is given where, moreover, the signal rates of the 125 GeV Higgs boson in the gamma-gamma channels are enhanced relative to the expectation for a SM Higgs boson of this mass.

研究动机与目标

• 解释Tevatron在约135 GeV处的$b\bar{b}$信号以及CMS在136 GeV附近的$\gamma\gamma$和$\tau\tau$信号异常，作为存在第二个Higgs玻色子的证据。
• 调和125 GeV处$\gamma\gamma$信号速率增强与VBF过程中的$\tau\tau$信号速率降低之间的矛盾，这两者均与标准模型预期不一致。
• 在一般NMSSM框架中构建一个可行的场景，使得两个Higgs态（125 GeV和136 GeV）能同时满足多个LHC和Tevatron的信号速率测量结果。
• 检验这种双Higgs场景是否可在半约束NMSSM中实现，同时满足耦合一致性以及来自直接搜寻和$B$物理的约束。

提出的方法

• 定义相对于标准模型Higgs玻色子的归一化信号速率$R_i^X(Y)$，以比较观测到的与预期的产生和衰变速率。
• 在NMSSM框架中引入SU(2)双态与单态Higgs态之间的混合，以生成125 GeV处增强的$\gamma\gamma$耦合。
• 在一般NMSSM中构造一个参数点，使得$H_1 \sim 125$ GeV且$H_2 \sim 136$ GeV，其耦合参数被调制以匹配实验数据。
• 施加来自$B$物理、直接Higgs搜寻（例如$H_3 \sim 290$ GeV）以及$ggF$、$VBF$和$VH$衰变道中信号速率测量的约束。
• 使用NMSSMTools 3.2.0验证该模型与实验限制和理论约束的一致性。
• 评估该场景在半约束NMSSM中的可行性，将预测的信号速率与观测到的偏离进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 Tevatron在约135 GeV处的$b\bar{b}$信号以及CMS在136 GeV处的$\gamma\gamma$异常信号，是否可由除125 GeV态外的第二个Higgs玻色子解释？
• RQ2 在非标准模型Higgs场中，125 GeV处的$\gamma\gamma$信号速率增强与VBF过程中$\tau\tau$信号速率降低是否可同时得到解释？
• RQ3 在NMSSM参数空间中是否存在一个可行点，使得125 GeV和136 GeV处的两个Higgs态能重现多个衰变道中的观测信号速率？
• RQ4 该场景是否可在半约束NMSSM中实现，还是来自$B$物理和直接搜寻的约束过于严格？

主要发现

• 一个包含$H_1 \sim 125$ GeV和$H_2 \sim 136$ GeV的双Higgs场景，能够解释Tevatron的$b\bar{b}$信号、CMS在136 GeV处的$\gamma\gamma$异常信号，以及VBF过程中125 GeV处$\tau\tau$信号速率的降低。
• 在一般NMSSM中，双态与单态Higgs态之间的强混合增强了125 GeV Higgs的$\gamma\gamma$耦合，从而解释了其增强的信号速率。
• 125 GeV处$\tau\tau$通道信号速率的降低，是由于该通道耦合被抑制，与CMS的VBF标记数据一致。
• Tevatron中$VH \to bb$的信号速率被增强至$R_{\rm eff}^{bb}(VH) \sim 1.20$，在约2σ范围内与观测异常一致。
• 在半约束NMSSM中，不存在任何参数点能同时满足所有约束；至少需要放松$R_1^{\gamma\gamma}(ggF)$、$R_2^{\gamma\gamma}(ggF)$或$R_2^{ZZ^{(*)}}(ggF)$中的一个。
• 重Higgs玻色子$H_3 \sim 290$ GeV对规范玻色子的耦合被抑制，且在低$\tan\beta$下与直接搜寻和$B$物理约束一致。