[论文解读] Two-photon Higgs width and triple Higgs coupling in 2HDM at SM-like scenario

I. F. Ginzburg|arXiv (Cornell University)|May 8, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用 3

一句话总结

本文在标准模型类似的情境下，研究了在两希格斯双重态模型（2HDM）中，双光子衰变宽度与三希格斯耦合的偏离。结果表明，若 $H^+H^-h_1$ 耦合较大，则这两个可观测量的显著偏离可同时出现，为直接发现带电希格斯玻色子之前提供新物理的间接证据。

ABSTRACT

Within 2HDM, sizable deviations of the triple Higgs coupling and the two-photon Higgs width from their SM values can have a common origin. If SM-like scenario for the observed Higgs boson is realized, mentioned deviations can be either visible simultaneously or not observable at the LHC.}

研究动机与目标

• 研究在标准模型类似情景下，两希格斯双重态模型（2HDM）中双光子希格斯宽度与三希格斯耦合是否可同时出现显著偏离。
• 识别在未直接探测到带电希格斯玻色子的情况下，这些偏离在大型强子对撞机（LHC）上可观测的条件。
• 探讨 $H^+H^-h_1$ 顶点在产生圈修正希格斯衰变与自耦合可观测效应中的作用。
• 评估在直接发现新希格斯态仍不可行时，通过间接信号探测新物理效应的可行性。
• 检查 CP 破坏效应以及重中性希格斯玻色子对非标准希格斯耦合可观测性的影响。

提出的方法

• 使用相对耦合常数 $\chi^P_a$ 与 $\chi^\pm_a$ 表达希格斯耦合对标准模型预测的偏离。
• 应用来自希格斯 sector 单位性与厄米特性的求和规则，以约束参数空间。
• 通过涉及 $H^\pm$ 与 CP 奇异分量的圈图贡献，分析双光子衰变宽度 $\Gamma(h_1 \to \gamma\gamma)$。
• 以 $\chi^\pm_1$ 表达三希格斯耦合 $g(h_1h_1h_1)$，表明其对 $H^+H^-h_1$ 顶点强度的敏感性。
• 考虑极端参数区域，如 $M_{2,3} \gtrsim \text{TeV}$ 或 $\chi^\pm_a \gtrsim 10$，以评估非平凡效应。
• 在 $\varepsilon_V^1 \approx 0.1$ 的设定下进行数值估算，评估在中等参数设置下的实际偏离程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，两希格斯双重态模型（2HDM）中双光子希格斯宽度与三希格斯耦合可同时显著偏离标准模型值？
• RQ2 $H^+H^-h_1$ 耦合如何与 $\Gamma(h_1 \to \gamma\gamma)$ 与 $g(h_1h_1h_1)$ 的可观测偏离相关联？
• RQ3 三希格斯耦合的显著偏离是否可能在双光子宽度无明显影响的情况下发生，还是二者必然相关？
• RQ4 重中性希格斯玻色子（$M_{2,3} \gtrsim \text{TeV}$）或强耦合的 $h_a H^+H^-$ 顶点在产生可观测效应中起何种作用？
• RQ5 在 $\varepsilon_V \sim 0.1$ 的标准模型类似情景下，是否可在直接发现 $H^\pm$ 之前探测到新物理的间接信号？

主要发现

• 若 $H^+H^-h_1$ 顶点较强，即使 $M_\pm$ 适中，双光子希格斯宽度与三希格斯耦合对标准模型值的显著偏离也可同时存在。
• 当 $B_\pm \chi_1^\pm$ 乘积较大（其中 $B_\pm \sim M_\pm^2/v$）时，$|\chi(h_1h_1h_1) - 1| \gtrsim 1$，表明三希格斯耦合被强烈修改。
• 同时，此类强 $H^+H^-h_1$ 耦合会引致 $\Gamma(h_1 \to \gamma\gamma)$ 的显著偏离，使其成为关键的间接探测工具。
• 除非 $H^+H^-h_1$ 耦合被增强或 $h_2, h_3$ 状态非常重（$> \text{TeV}$），否则在中等参数下三希格斯耦合的偏离可能性较低。
• 当 $M_2 \in (250, 400)$ GeV 且 $|\chi^t_2| > 1$ 时，$h_2$ 状态可为窄宽度，并具有大于标准模型希格斯玻色子的胶子融合截面，从而在大型强子对撞机（LHC）上实现共振 $gg \to h_2 \to h_1h_1$ 产生。
• 当 $\chi^\pm_a \gtrsim 10$ 时，$h_a$ 的双光子宽度将与标准模型预测显著不同，即使 $M_a$ 接近 125 GeV。