[论文解读] What tell us LHC data about Higgs boson parity

I. F. Ginzburg|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用 3

一句话总结

本文主张，LHC实验CMS与ATLAS无法在不假设规范粒子具有确定宇称的前提下，明确确定希格斯玻色子的宇称，而这一假设在新物理（BSM）理论中并不保证成立。分析表明，在CP破坏模型（如2HDM）中，125 GeV希格斯玻色子即使含有显著的P-奇成分，仍可产生与标准模型（SM）一致的希格斯信号强度，导致实验结论依赖于模型，若未经适当限定，其标题具有误导性。

ABSTRACT

Recently CMS and ATLAS announced that they had measured the Higgs boson parity. Here we note that their approach can determine this parity only under the additional assumption that this particle has a definite parity. If parity conservation is violated in the Higgs sector, the parity of observed "Higgs" boson does not exist. The approach used in the mentioned experiments does not allow to observe such opportunity. In this sense titles of mentioned CMS and ATLAS publications are misleading.

研究动机与目标

• 挑战在不假设确定宇称的前提下，声称从LHC数据中测量希格斯玻色子宇称的有效性。
• 证明CP破坏模型（如2HDM）可产生具有大P-奇成分的希格斯玻色子态。
• 表明即使存在显著的P-奇混合成分，观测到的希格斯信号强度（如γγ、ZZ、tt̄h）仍可保持与SM一致。
• 论证当前LHC分析无法排除希格斯玻色子中宇称不守恒的可能性。
• 主张CMS与ATLAS出版物应采用更准确的标题，以反映宇称确定的模型依赖性。

提出的方法

• 分析在CP守恒与CP破坏情形下，希格斯-规范玻色子相互作用的有效拉格朗日量。
• 比较P-偶（SM型）与P-奇（维度5算符）相互作用下，H→ZZ*与H→WW*衰变中的动量关联。
• 在2HDM框架下，对P-偶与P-奇希格斯态之间的混合进行建模，表明在主导近似下，ZZZ耦合仍以P-偶为主导。
• 利用希格斯耦合参数集（χaV, χa±, χt）重现γγ与ZZ末态中的SM型信号强度。
• 推导出满足σ(gg→h→γγ)/σSM = 1与σ(gg→h→ZZ)/σSM = 1的基准参数集（I与II），且包含显著的P-奇混合成分。
• 考虑Yukawa耦合与复相位在探测CP破坏中的作用，指出不存在适用于希格斯玻色子宇称不守恒的通用度量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不假设具有确定宇称的前提下，LHC实验CMS与ATLAS能否明确确定希格斯玻色子的宇称？
• RQ2 在2HDM中，CP破坏的希格斯规范场可导致希格斯玻色子具有多大程度的P-奇成分，同时仍保持与SM一致的信号强度？
• RQ3 为何CMS与ATLAS论文中声称‘宇称测量’的标题可能具有误导性？
• RQ4 当前LHC数据对125 GeV希格斯玻色子中P-奇成分的混合施加了何种约束？
• RQ5 是否存在可行的新物理情景，使得观测到的希格斯玻色子并非纯P-偶态，但仍能重现SM希格斯信号强度？

主要发现

• LHC实验用于确定希格斯宇称的方法仅在假设宇称确定的前提下有效，而该假设在新物理理论中无法保证。
• 在CP破坏的2HDM中，观测到的希格斯玻色子可含有高达30%（情形I）或50%（情形II）的P-奇混合成分，同时在γγ与ZZ衰变道中保持与SM一致的信号强度。
• 基准集（I）允许约30%的P-奇混合成分，其中χ1V = 0.9，且(χ2V)² + (χ3V)² = 0.19。
• 基准集（II）允许约50%的P-奇混合成分，其中χ1V = 0.8，且(χ2V)² + (χ3V)² = 0.36。
• 在SM与强CP破坏的2HDM情景下，均可重现γγ与ZZ末态中的相同SM型信号强度。
• 不存在适用于希格斯玻色子宇称不守恒的通用度量，因为P-奇混合成分与Yukawa相位是独立参数。