[论文解读] Wrong sign Yukawa coupling of 2HDM with a scalar dark matter confronted with dark matter and Higgs data

Xiao-Fang Han, Lei Wang|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文研究了具有标量暗物质候选者的类型-II两希格斯双重模型，重点关注125 GeV希格斯玻色子的错号Yukawa耦合的影响。结果表明，LHC希格斯玻色子数据、暗物质直接探测以及Fermi-LAT伽马射线限制强烈约束了该模型，特别是当耦合比值 f^n/f^p ≈ -0.7 时，排除了暗物质质量在62.5至65 GeV之间的狭窄窗口。

ABSTRACT

In the framework of type-II two-Higgs-doublet model with a scalar dark matter ($S$), we examine the wrong sign Yukawa coupling of the 125 GeV Higgs which is the only portal between the dark matter and SM sectors. After imposing the constraints from the Higgs searches at the LHC and dark matter experiments, we obtain some interesting observables: (i) The theory, oblique parameters, and the Higgs searches at the LHC can impose stringent constraints on $ an\beta$ in the case of the wrong sign Yukawa coupling of the 125 GeV Higgs. For example, for $m_H=600$ GeV and 140 GeV $ -0.82$. (iv) The Fermi-LAT limits exclude most of samples in the range of 62.5 GeV $<m_S <65$ GeV, including the samples with $f^n/f^p\sim -0.7$.

研究动机与目标

• 探讨在125 GeV希格斯玻色子具有错号Yukawa耦合的类型-II两希格斯双重模型中，标量暗物质候选者的可行性。
• 评估来自LHC希格斯玻色子搜索、偏斜参数以及暗物质实验的约束如何塑造允许的参数空间。
• 确定Fermi-LAT伽马射线限制对暗物质质量与耦合比值 f^n/f^p 的影响。

提出的方法

• 本研究采用具有实标量单重态暗物质候选者 S 的类型-II两希格斯双重模型（2HDM）。
• 分析125 GeV希格斯玻色子与费米子之间错号Yukawa耦合，该耦合作为暗物质 sector 与标准模型之间的唯一通道。
• 应用来自LHC希格斯信号强度测量、偏斜参数（S 和 T）以及直接探测实验的约束。
• 利用Fermi-LAT伽马射线数据约束暗物质湮灭至光子的截面。
• 在 m_H（带电希格斯玻色子质量）、m_S（暗物质质量）以及耦合比值 f^n/f^p 上扫描参数空间。
• 通过数值模拟评估该模型与所有实验限制的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 125 GeV希格斯玻色子的错号Yukawa耦合如何影响2HDM中标量暗物质的可行性？
• RQ2 LHC希格斯数据、偏斜参数与暗物质实验的联合约束如何限制该模型的参数空间？
• RQ3 Fermi-LAT限制在多大程度上排除了2HDM中具有标量暗物质的特定暗物质质量与耦合比值？
• RQ4 约束对带电希格斯玻色子质量与暗物质质量的变化有多敏感？
• RQ5 该模型是否能在满足所有当前实验限制的前提下，容纳 f^n/f^p ≈ -0.7 的暗物质候选者？

主要发现

• 当 m_H = 600 GeV 时，LHC希格斯数据、偏斜参数与直接探测约束将Yukawa耦合乘积 anβ 限制在 -0.82 < anβ < -0.65 的范围内。
• 当 m_H = 140 GeV 时，anβ 的允许范围更加严格，为 -0.82 < anβ < -0.65。
• Fermi-LAT伽马射线限制排除了暗物质质量范围 62.5 GeV < m_S < 65 GeV 内的大部分参数空间，包括 f^n/f^p ≈ -0.7 的样本。
• 该模型与偏斜参数及希格斯信号强度的一致性对Yukawa耦合施加了强约束，尤其在错号区域。
• LHC希格斯数据与暗物质探测实验之间的相互作用显著缩小了可行参数空间，尤其在中等 m_H 值时。
• 本研究表明，多种实验约束的结合使得错号Yukawa耦合情形高度受限，特别是在 m_S ≈ 62.5–65 GeV 的窗口内。