Extended higgs sector explored at a muon collider

Abstract

In dieser Arbeit untersuchen wir die Phänomenologie verschiedener nicht-supersymmetrischer Two Higgs Doublet Models (THDM) mit reellen Eingabeparametern für einen zukünftigen Müon-Beschleuniger. Insbesondere erforschen wir die Typ-I-, Typ-II-, leptonenspezifischen und flipped THDMs, wobei wir annehmen, dass h0 das am LHC 2012 ent-deckte Higgs Boson ist. Im Gegensatz zu einem e+ e− -Beschleuniger ermöglicht die große Müon-Yukawakopplung einen effizienten S-Kanal Austausch von neutralen Higgs Boso-nen. Daher berechnen und untersuchen wir im Detail den totalen Wirkungsquerschnitt für die Produktionsprozesse μ− μ+ → tt̄, μ− μ+ → bb̄, μ− μ+ → τ − τ + und μ− μ+ → h0 h0als Funktion der THDM Eingabeparameter mH 0 , mA0 , mH ± , tan β, sin α, λ5 . Des Weiteren berechnen wir alle H 0 - und A0 -Zerfallsbreiten auf tree-level, um die relevanten branchingratios (BR) sowie die für die Breit-Wigner Propagatoren von H 0 und A0 erforderlichen Gesamtbreiten zu erhalten. In unserer Studie berücksichtigen wir alle theoretischen Gren-zen, wie Unitarität, globales Minimum, Vakuumstabilität und Oblique Parametergrenzen, sowie alle relevanten experimentellen Grenzen. Wir leiten die theoretischen Grenzen von Grund auf her und führen dann einen systematischen numerischen Scan durch, um erlaubte Parameterpunkte zu finden. Mit diesen Parametern führen wir dann eine detaillierte numerische Untersuchung der H 0 - und A0 -Resonanzen in den Produktionsprozessen μ− μ+ → tt̄, bb̄, τ − τ + , h0 h0 durch und diskutieren die erhaltenen Ergebnisse.

In this work we explore the phenomenology of various non-supersymmetric Two Higgs Doublet Models (THDM) with real input parameters for a future Muon Collider. Inparticular we study Type-I, Type-II, lepton-specific and flipped THDMs by investigating resonances caused by the neutral Higgs bosons H 0 and A0 , taking h0 as the discovered Higgs boson at LHC in 2012. In contrast to an e+ e− collider, the large muon Yukawa coupling enables an efficient s-channel neutral Higgs boson exchange. Therefore, we calculate and study in detail the total cross section for the production processes μ− μ+ → tt̄,μ− μ+ → bb̄, μ− μ+ → τ − τ + , and μ− μ+ → h0 h0 as a function of the THDM input parameters mH 0 , mA0 , mH ± , tan β, sin α, λ5 . We further calculate all H 0 and A0 tree-leveldecay widths in order to get the relevant branching ratios (BR) and also the total widths necessary for the Breit-Wigner propagators of H 0 and A0 . In this study we consider all theoretical bounds, e.g. unitarity, global minimum, vacuum stability and oblique parameters bounds, as well as all relevant experimental bounds. We derive the theoreticalbounds from first principles and then perform a systematic numerical scan to find allowed parameter sets. With these sets we perform a detailed numerical study of the H 0 and A0 resonances in the production processes μ− μ+ → tt̄, bb̄, τ − τ + , h0 h0 and discuss the results.