Discovery prospects for the 150 GeV charged scalar at future $$e^+e^-$$ colliders

Abstract The Real Higgs Triplet model, known as the $\varDelta$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:miΔ</mml:mi> </mml:math> SM, is a minimal extension of the Standard Model (SM) obtained by adding a hypercharge 0 triplet ( $\varDelta$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:miΔ</mml:mi> </mml:math> ). This simple model is motivated by the multi-lepton anomalies and excesses in di-photon, $Z\gamma$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:miZ</mml:mi> mml:miγ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> , and WW spectra at $\approx 152$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:mo≈</mml:mo> mml:mn152</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> GeV. The model contains, in addition to the SM particle content, a CP -even neutral Higgs ( $\varDelta ^0$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:msup mml:miΔ</mml:mi> mml:mn0</mml:mn> </mml:msup> </mml:math> ) and a charged state ( $\varDelta ^\pm$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:msup mml:miΔ</mml:mi> mml:mo±</mml:mo> </mml:msup> </mml:math> ), which are quasi-degenerate in mass. Observing the charged scalar at the LHC and measuring its mass is very challenging, since it dominantly decays to WZ , tb , and $\tau \nu$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:miτ</mml:mi> mml:miν</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> . In this article, we consider the discovery prospects of the charged Higgs with mass 150 GeV at future electron-positron colliders. Taking into account $e^+e^- \rightarrow \gamma ^*,Z^* \rightarrow \varDelta ^\pm \varDelta ^\mp$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:msup mml:mie</mml:mi> mml:mo+</mml:mo> </mml:msup> mml:msup mml:mie</mml:mi> mml:mo-</mml:mo> </mml:msup> mml:mo→</mml:mo> mml:msup mml:miγ</mml:mi> mml:mo∗</mml:mo> </mml:msup> mml:mo,</mml:mo> mml:msup mml:miZ</mml:mi> mml:mo∗</mml:mo> </mml:msup> mml:mo→</mml:mo> mml:msup mml:miΔ</mml:mi> mml:mo±</mml:mo> </mml:msup> mml:msup mml:miΔ</mml:mi> mml:mo∓</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> as the production mechanism and the dominant decay modes, we define three signal regions (SR) to study the 150 GeV charged Higgs properties: SR1: $\ge 3j + 1\ell$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:mo≥</mml:mo> mml:mn3</mml:mn> mml:mij</mml:mi> mml:mo+</mml:mo> mml:mn1</mml:mn> mml:miℓ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> , SR2: $\ge 3\ell + \tau _{\text {had}}$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:mo≥</mml:mo> mml:mn3</mml:mn> mml:miℓ</mml:mi> mml:mo+</mml:mo> mml:msub mml:miτ</mml:mi> mml:mtexthad</mml:mtext> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> , SR3: $\ge 4j + \tau _{\text {had}}$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:mo≥</mml:mo> mml:mn4</mml:mn> mml:mij</mml:mi> mml:mo+</mml:mo> mml:msub mml:miτ</mml:mi> mml:mtexthad</mml:mtext> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> . For $m_{\varDelta ^\pm }=150\,\text {GeV}$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> mml:mrow mml:msub mml:mim</mml:mi> mml:msup mml:miΔ</mml:mi> mml:mo±</mml:mo> </mml:msup> </mml:msub> mml:mo=</mml:mo> mml:mn150</mml:mn> mml:mspace/ mml:mtextGeV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> , a <j