Probe of the Higgs sector by precise calcurations of the light new scalar particles

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K20363
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0203:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kodai Sakurai 東北大学, 理学研究科, 特任助教 (70910256)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 軽いスカラー暗黒物質 / 付加的ヒッグス粒子 / ヒッグスセクター / 量子補正

Outline of Final Research Achievements

We focus on various models with light scalar dark matter (DM) and additional Higgs bosons. First, we consider the scenario where the light scalar DM strongly couples with the 125 GeV Higgs boson and additional Higgs bosons. We show that this scenario can be probed by the DM production process induced by the strong couplings at future Lepton colliders. In addition, this model with light scalar DM can alleviate the anomaly in the W boson mass measurement reported in CDF II experiment. Model prediction for deviation in W boson mass from the SM prediction can be 5 MeV at the most. Second, we demonstrate that the scale of the additional Higgs bosons can be fixed if the light DM is detected in future experiments. Finally, we clarify the theoretical behavior of quantum corrections for additional Higgs boson decays and the Higgs boson invisible decay.

Free Research Field

ヒッグス粒子や軽いスカラー暗黒物質の現象論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義は、以下二つの点を明らかにした事である。(1):
軽いスカラー暗黒物質を探索する上で付加的ヒッグス粒子の影響は、その質量スペクラムによらず重要であること（軽い場合は付加的ヒッグス粒子の崩壊が重要になり、重い場合は量子補正を通じて125GeVヒッグス粒子の崩壊に影響する。）。(2): 軽いスカラー暗黒物質が発見されれば、付加的ヒッグス粒子との関連性によりヒッグスセクターの構造解明に迫り得ること。
本研究で得られた理論的帰結を検証するためには、素粒子現象を超高精度で測定出来る新たな加速器が必要である。社会的意義は、この様な最先端の加速器を作る上で様々な産業技術の発展が期待される点である。