Higgs photon associated production in a two Higgs doublet type-II seesaw model at future electron-positron colliders

Abstract We study the one-loop prediction for the single production of a SM-like Higgs boson in association with a photon in electron-positron collisions in the context of the two Higgs doublet type-II seesaw model (2HDMcT). We explore to what extent the new scalars in the 2HDMcT spectrum affect its production cross-section, the ratio $$R_{\gamma h_1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> as well as the signal strengths $$R_{\gamma Z}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> and $$R_{\gamma \gamma }$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> when $$h_1$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> </mml:math> is identified with the observed SM Higgs boson within the 2HDMcT delimited parameter space. More specifically, we focus on $$e^+e^- \rightarrow h_1\gamma $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> process at one-loop, and analyzed how it evolves under a full set of theoretical constraints and the available experimental data, including $$B\rightarrow X_s\gamma $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>X</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msub> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> limit at 95 $$\%$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>%</mml:mo> </mml:math> C.L. Our analysis shows that these observables are strongly dependent on the parameters of the model, especially the mixing angel $$\alpha _1$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> </mml:math> , the potential parameters $$\lambda _{7}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>λ</mml:mi> <mml:mn>7</mml:mn> </mml:msub> </mml:math> , $$\lambda _{9}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>λ</mml:mi> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:msub> </mml:math> , the trilinear Higgs couplings, with a noticeable sensitivity to $$\alpha _1$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> </mml:math> . We found that $$\sigma (e^+e^- \rightarrow h_1\gamma )$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> can significantly be enhanced up to $$8.1\,\,\times 10^{-2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>8.1</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mspace/> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> fb, thus exceeding the Standard Model prediction. Additionally, as a byproduct, we also observed that $$R_{\gamma h_1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>R</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> is entirely correlated with both the $$h_1\rightarrow \gamma \gamma $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mi>γ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> and $$h_1\rightarrow \gamma Z$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>h</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>γ</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> signal strengths.