3HDM 的确凿特征信号

我们分析了在大型强子对撞机（LHC）上 3-希格斯双重态模型（3HDM）的新信号，其中仅一个双重态获得真空期望值（VEV），保留 $Z_2$ 宇称。另外两个双重态是惰性的且不发展 VEV，导致由 $Z_2$ 控制的暗标量扇区，其中最轻的 CP-偶暗标量 $H_1$ 为暗物质（DM）候选者。这导致次轻标量 $H_2 \to H_1 \ell \bar \ell$（$\ell =e,\mu$）的圈诱导衰变，由暗 CP-奇中性标量与带电标量共同介导。这是 3HDM 的确凿枪信号（smoking-gun signal），因为在带一个惰性双重态的 2-希格斯双重态模型（2HDM）中不允许该过程，且当 $H_2$ 与 $H_1$ 质量接近时预期很重要。实际上，该特征可在类 SM 希格斯玻色子的级联衰变中观测到：$h\to H_1 H_2\to H_1 H_1 \ell \bar \ell$ 衰为两个 DM 粒子与双轻子，或 $h\to H_2 H_2\to H_1 H_1 \ell \bar \ell \ell \bar \ell$ 衰为两个 DM 粒子与四轻子，其中 $h$ 由胶子-胶子融合产生。为检验这些通道在 LHC 上的可行性，我们设计了一些符合对撞机、DM 与宇宙学数据的基准点，并讨论了这些产生与衰变模式间的相互作用。特别地，我们表明所得探测器特征 $\Et \ell \bar \ell$ 或 $\Et \ell \bar \ell \ell \bar \ell$（其中 $\ell \bar \ell$ 对的不变质量远小于 $m_Z$）有可能已从 Run 3 数据及 LHC 高亮度阶段提取。