Transcript 複荷電ヒッグス粒子の WW崩壊に対する LHC実験からの制限について

複荷電ヒッグス粒子のWW崩壊に対するLHC実験からの制限について
横谷 洋 (富山大学)
共同研究者 兼村晋哉(富山大学)、 柳生慶(国立中央大学、台湾)
based on arXiv:1305.2383
イントロダクション
Cheng,Li(80) Schechter,Valle(80)
Magg,Wetterich(80) Mohapatra,Senjanovic(81)
• Potential minimum → 3重項場の真空期待値 :
• ヒッグス3重項模型 :
• Yukawa coupling of Triplet field to left-handed leptons :
→ lepton-number 2を3重項場に割り振る。
→ Higgs potentialにlepton numberを破る項。
where
場の自由度 :
4 (Doublet) + 6 (Triplet) – 3 (NG boson) = 7 (Physical)
• Electroweak ρ-パラメータ
Experimental constraints:
3重項場の真空期待値は、 tree level でρ-パラメータを変える。
where
doubly-charged, singly-charged, CP-even, CP-odd and SM-like
• Higgs potential in the HTM : (m2<0, M2>0)
lepton-number を破る相互作用
• ニュートリノ質量 (Type-II Seesaw)
ニュートリノ質量行列が、
3重項場との湯川相互作用で直接決まっている。
: 湯川の大きさは、vΔに反比例
ヒッグス3重項粒子の質量スペクトラムと崩壊パターン
• Mass spectrum of triplet Higgs bosons
質量公式
• LHC実験の最新結果によって、
M > 450GeV (e,μ), 200GeV (τ)
• Doublet場とtriplet場のmixingは、
~vΔ/vΦで抑制される。
程度の制限が得られている。
(フレーバー毎に、100%の分岐比を仮定して)
• Extra scalarsは、triplet-like、
hは、doublet-like (SM-like)
• Decays of H±±
• LEP実験 :
Chun,Lee,Park(03), Perez,Han,Huang,Li,Wang(08),
Melfo,Nemevsek,Nesti,Senjanovic(11), Aoki,Kanemura,Yagyu(12)
• Z-boson崩壊幅の精密測定からの制限 :
• 4 lepton eventからの制限 :
崩壊分岐比は、vΔの値によって大きく変化する。
s.s. di-lepton 崩壊 → mH++ > 100 GeV
s.s. di-boson 崩壊 → no constraint, because of Br[W>lv]4
small vΔ → s.s. di-lepton 崩壊
large vΔ → s.s. di-boson 崩壊
• 既存の論文にはWW崩壊シナリオに適した解析がなく、
Inclusive な s.s. di-lepton eventや、hadronic eventの再解析が必要。
質量差があるときは、H++ > H+W+も大きくなり得る。
我々の研究 : LHC実験のデータを用いて、WW崩壊シナリオでのH±±の質量に制限を付け
る
(A) H±±のLHCでの生成過程
Akeroyd, Aoki(05), Akeroyd,Chiang,Gaur(07),,,
• WW崩壊は、HTMにおける有力なシナリオの一つ (大きなvΔの場合に相当)。
• これまでのH±±の探索は、全て、レプトン対への崩壊シナリオのみが調べられてきた。
ATLAS実験は、LHC /s = 7 TeV, L=4.7fb-1 のデータを用いて
同符号レプトン生成事象を探索し、異常な過剰がなかったため、
• NLO補正によって、断面積が増加し、
摂動計算の不定性が減少する。
同符号レプトン生成過程の断面積に上限を与えた。 JHEP1212,007
Muhlleitner,Spira (03)
この結果を、HTMのWW崩壊シナリオでの同符号レプトン生成
過程の有効断面積と比較した。 (μ+μ+モード)
(A) 生成断面積
(B) H±±→W±W± →4f の崩壊分岐比
(C) 検出効率
(B) 崩壊分岐比
NLO断面積の不定性 : ~ 5%
f2
f3
[for mH++ > 2mW]
f4
dilepton
tau’s
l+j
• 親粒子の電荷が判るので、
同符号レプトン対がベスト
• 様々なモードを見ることで、
jets
Wを介していることを確認する
Wのon-shell近似が良い。
干渉項は効かない。
では、~ 1/45
では、1/81
LO断面積の不定性 : 10% ~ 20%
f1
WWの崩壊を通じて4fに崩壊する。
• S.S. dilepton
: (2/9)2 ~ 5%
• Lepton-plus-jets : 2/9 * 2/3 * 2 ~ 30%
• Jets
: (2/3)2 ~ 44%
• Tau + X
: ~ 17/81 ~ 20%
• 因子化スケールを
の間で振って、変化を見る。
片方(両方)のWがoff-shell。
干渉項が効いてくる。
 結果 :
(C) 検出効率の見積もり:
理論予言に5% (NLO)
[10% (LO)]の不定性を仮定。
検出器のアクセプタンス :
バックグラウンドを落とすためのカット :
MadGraphを用いて、pp > H+++X > μ+μ＋+X イベントを
生成し、これらのカットによってイベントが残る割合を
見積もった。
Mass
[GeV]
40
60
Acc.
0.01
0.12
Mll cut
0.78
0.94
4.7fb-1のデータで、
mH++>60 GeVの制限を得た。
100
外挿によって20fb-1のデータでの
制限を見積もると、
85 GeVまで到達する見込み。
0.22
0.23
(7TeV→8TeVの断面積の増加は
無視した。)
0.98
0.99
80
軽いH++では、同種粒子モードへの分岐比が増加する。
我々の結果は、LHCデータを用いたWW崩壊のシナリオでの初めての制限。
まとめ : • ヒッグス3重項模型は、標準模型的ヒッグス粒子を含むヒッグスセクターのシンプルな拡張の一つ。
Type-II シーソー機構によるニュートリノ質量を説明する模型。
複荷電ヒッグス粒子の存在が特徴的。同符号のレプトン対やWボソン対に崩壊する。
mH++ > 60 GeV [7TeV, 4.7fb-1],
mH++ > 85 GeV [expected with 20fb-1]
• 複荷電ヒッグス粒子の探索は、これまでは同符号レプトン対への崩壊過程でのみ行われていた。(mH++>450 GeV)
• 我々は、LHC ATLAS実験の同符号レプトン対生成のデータを用いて、WW崩壊シナリオに対する複荷電ヒッグス粒子の質量の制限を得た。