Explanation of the Hints for a 95 GeV Higgs Boson within a 2-Higgs Doublet Model
Creators
- 1. University of Southampton
- 2. Cadi Ayyad University
Description
We suggest an explanation for and explore the consequences of the excess around 95 GeV in the di-photon and di-tau invariant mass distributions recently reported by the CMS collaboration at the Large Hadron Collider (LHC), together with the discrepancy that has long been observed at the Large Electron-Positron (LEP) collider in the $b\bar b$ invariant mass. Interestingly, the most recent findings announced by the ATLAS collaboration do not contradict, or even support, these intriguing observations. Their search in the di-photon final state similarly reveals an excess of events within the same mass range, albeit with a bit lower significance, thereby corroborating and somewhat reinforcing the observations made by CMS. We have found that all three signatures can be explained within the general 2-Higgs Doublet Model (2HDM) Type-III. We demonstrate that the lightest CP-even Higgs boson in this scenario can explain the excess in all three channels simultaneously, i.e., in the di-photon, di-tau and $b\bar b$ mass spectra, while satisfying up-to-date theoretical and experimental constraints. Moreover, the 2HDM Type-III predicts an excess in the $pp\to t\bar t H_{\rm SM}$ production channel of the 125 GeV Higgs boson discovered in 2012, with properties (couplings, spin and CP quantum numbers) consistent with those predicted in the Standard Model (SM). This effect is caused by a up to 18\% enhancement of the Yukawa coupling to top (anti)quarks in comparison to the SM value. Such an effect can be tested soon at the High Luminosity LHC (HL-LHC), which can either discover or exclude the scenario we suggest. This unique characteristic of the 2HDM Type-III makes this scenario with the 95 GeV resonance very attractive for further theoretical and experimental investigations at the (HL-)LHC and future colliders.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
نقترح شرحًا واستكشافًا لعواقب الفائض حول 95 GeV في توزيعات الكتلة الثابتة ثنائية الفوتون ودي تاو التي تم الإبلاغ عنها مؤخرًا من خلال تعاون CMS في مصادم الهدرونات الكبير (LHC)، جنبًا إلى جنب مع التناقض الذي لوحظ منذ فترة طويلة في مصادم الإلكترون- البوزيترون الكبير (LEP) في الكتلة الثابتة $b\bar b$. ومن المثير للاهتمام أن أحدث النتائج التي أعلنها تعاون أطلس لا تتعارض مع هذه الملاحظات المثيرة للاهتمام أو حتى تدعمها. يكشف بحثهم في الحالة النهائية للفوتون الثنائي بالمثل عن وجود فائض من الأحداث داخل نفس النطاق الكتلي، وإن كان ذلك بأهمية أقل قليلاً، مما يدعم ويعزز إلى حد ما الملاحظات التي أدلى بها نظام إدارة المحتوى. لقد وجدنا أنه يمكن تفسير جميع التوقيعات الثلاثة ضمن النموذج العام 2 -هيغز دبلت من النوع الثالث (2HDM). نثبت أن أخف بوزون CP - حتى بوزون هيغز في هذا السيناريو يمكن أن يفسر الفائض في جميع القنوات الثلاث في وقت واحد، أي في الأطياف الكتلية ثنائية الفوتون ودي تاو و $b\bar b$، مع تلبية القيود النظرية والتجريبية الحديثة. علاوة على ذلك، يتنبأ 2HDM Type - III بزيادة في قناة إنتاج $pp\to t\ bar t H _{\ rm SM }$ لـ 125 GeV Higgs boson المكتشفة في عام 2012، مع خصائص (قارنات، تدور وأرقام كمية CP) متوافقة مع تلك المتوقعة في النموذج القياسي (SM). يحدث هذا التأثير بسبب ما يصل إلى 18 ٪ من تعزيز اقتران يوكاوا بالكواركات العلوية (المضادة) مقارنة بقيمة SM. يمكن اختبار مثل هذا التأثير قريبًا في مصادم الهادرونات الكبير عالي اللمعان (HL - LHC)، والذي يمكنه إما اكتشاف أو استبعاد السيناريو الذي نقترحه. هذه الخاصية الفريدة للنوع الثالث من 2HDM تجعل هذا السيناريو مع رنين 95 GeV جذابًا للغاية لمزيد من التحقيقات النظرية والتجريبية في LHC (HL -) والمصادمات المستقبلية.Translated Description (French)
Nous suggérons une explication et explorons les conséquences de l'excès autour de 95 GeV dans les distributions de masses invariantes di-photon et di-tau récemment rapportées par la collaboration CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC), ainsi que la divergence qui a longtemps été observée au Grand collisionneur électron-positon (LEP) dans la masse invariante $b\bar b$ . Fait intéressant, les résultats les plus récents annoncés par la collaboration ATLAS ne contredisent pas, ni même ne soutiennent, ces observations intrigantes. Leur recherche à l'état final di-photon révèle également un excès d'événements dans la même gamme de masse, mais avec une signification un peu plus faible, corroborant et renforçant ainsi quelque peu les observations faites par CMS. Nous avons constaté que les trois signatures peuvent être expliquées dans le modèle général de 2-Higgs Doublet (2HDM) de type III. Nous démontrons que le boson de Higgs CP même le plus léger dans ce scénario peut expliquer l'excès dans les trois canaux simultanément, c'est-à-dire dans les spectres de masse di-photon, di-tau et $b\bar b$ , tout en satisfaisant aux contraintes théoriques et expérimentales actuelles. De plus, le 2HDM Type-III prédit un excès dans le canal de production $pp\to t\bar t H_{\rm SM}$ du boson de Higgs 125 GeV découvert en 2012, avec des propriétés (couplages, nombres quantiques de spin et CP) cohérentes avec celles prédites dans le Modèle Standard (SM). Cet effet est causé par une augmentation allant jusqu'à 18\% du couplage de Yukawa aux quarks supérieurs (anti) par rapport à la valeur SM. Un tel effet peut être testé prochainement au LHC Haute Luminosité (HL-LHC), qui peut découvrir ou exclure le scénario que nous proposons. Cette caractéristique unique du 2HDM Type-III rend ce scénario avec la résonance 95 GeV très attrayant pour d'autres recherches théoriques et expérimentales au LHC (HL-) et dans les futurs collisionneurs.Translated Description (Spanish)
Sugerimos una explicación y exploramos las consecuencias del exceso de alrededor de 95 GeV en las distribuciones de masa invariante di-fotón y di-tau recientemente informadas por la colaboración de CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), junto con la discrepancia que se ha observado durante mucho tiempo en el Gran colisionador de electrones y positrones (LEP) en la masa invariante $b\bar b$. Curiosamente, los hallazgos más recientes anunciados por la colaboración ATLAS no contradicen, ni siquiera respaldan, estas intrigantes observaciones. Su búsqueda en el estado final del di-fotón revela de manera similar un exceso de eventos dentro del mismo rango de masa, aunque con un significado un poco menor, lo que corrobora y refuerza algo las observaciones realizadas por CMS. Hemos encontrado que las tres firmas se pueden explicar dentro del Modelo General de Doblete de 2 Higgs (2HDM) Tipo III. Demostramos que el CP más ligero, incluso el bosón de Higgs en este escenario, puede explicar el exceso en los tres canales simultáneamente, es decir, en los espectros de masas di-fotón, di-tau y $b\bar b$, al tiempo que satisface las restricciones teóricas y experimentales actualizadas. Además, el 2HDM Tipo-III predice un exceso en el canal de producción de $pp\to t\ bar t H_{\rm SM}$ del bosón de Higgs de 125 GeV descubierto en 2012, con propiedades (acoplamientos, espín y números cuánticos CP) consistentes con las predichas en el Modelo Estándar (SM). Este efecto es causado por una mejora de hasta el 18\% del acoplamiento de Yukawa a los (anti)quarks superiores en comparación con el valor de SM. Tal efecto se puede probar pronto en el LHC de alta luminosidad (HL-LHC), que puede descubrir o excluir el escenario que sugerimos. Esta característica única del 2HDM Tipo-III hace que este escenario con la resonancia de 95 GeV sea muy atractivo para futuras investigaciones teóricas y experimentales en el (HL-)LHC y futuros colisionadores.Files
2306.09029.pdf
Files
(3.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d98c323f71ee484389bc178a2a12db06
|
3.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- شرح تلميحات لـ 95 GeV Higgs Boson ضمن نموذج مزدوج 2 - Higgs
- Translated title (French)
- Explication des indices pour un boson de Higgs de 95 GeV dans un modèle à doublet de 2 Higgs
- Translated title (Spanish)
- Explicación de las pistas para un bosón de Higgs de 95 GeV dentro de un modelo de doblete de 2 Higgs
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4380994198
- DOI
- 10.48550/arxiv.2306.09029