LHC 上轻带电 Higgs 玻色子的新发现模式

在大型强子对撞机（LHC）上，ATLAS 与 CMS 合作组一直通过顶（反）夸克产生与衰变道搜寻轻带电 Higgs 玻色子，例如 $pp\to t \bar{t}$，其中一个顶（反）夸克衰变为带电 Higgs 玻色子与 $b$（反）夸克，当该衰变在运动学上开放时（即 $m_{H^\pm}\lesssim m_t$）。本文中，我们提出 LHC 上涉及轻带电 Higgs 玻色子的新搜寻，通过其成对产生道如 $pp\to H^\pm h/A$ 与 $pp\to H^+ H^-$，对应于 2-Higgs Doublet Model（2HDM）I 型与 X 型情形。通过聚焦于重 $H$ 态扮演类标准模型（SM）Higgs 玻色色、质量近 125 GeV 的情形，我们研究上述 Higgs 玻色子成对产生道并考察其玻色子衰变，如 $H^\pm \to W^{\pm } h$ 和/或 $H^\pm \to W^{\pm } A$。我们证明，对于 $m_{H^\pm}\lesssim m_t$ 的轻带电 Higgs 玻色子态，在 LHC 上此类双 Higgs 产生与衰变道可产生比由 $pp\to t\bar{t}\to t\bar{b} H^-$ + c.c. 涌现的显著更大的事件率签名。我们具体研究 $h/A\to b\bar b$ 与 $\tau^+\tau^-$ 衰变。因此，我们主张所讨论的新产生与衰变模式组合可在上述两类 2HDM 中成为 LHC 上比顶（反）夸克更轻的带电 Higgs 玻色子的替代发现道。最后，为激励 ATLAS 与 CMS 实验家搜寻此类签名，我们提出 16 个与理论和实验约束均相容的基准点（BPs）。