[論文レビュー] 2HDM in terms of observable quantities

I. F. Ginzburg, K. Kanishev|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2015

Blind Source Separation Techniques参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）を、直接測定可能な物理量—ヒッグスボソンの質量、$W^\pm$ への結合定数、三重および四重ヒッグス頂点—のみで記述するフレームワークを提案する。これにより、ゲージ固定や基底依存のラグランジアンパラメータに依存しなくなる。著者らは、これらの観測量を用いてポテンシャルのパラメータを明示的に表現し、モデルに依存しないヒッグス理論の解析を可能にするとともに、CP対称性の基準、ヒッグス結合の和則、$hhh$ 頂点の簡単な式といった新たなツールを提供する。

ABSTRACT

We express explicitly all parameters of the most general Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) scalar potential via measurable ({\it basic}) quantities plus additional parameters specifying the basis choice. The full set of basic parameters is partitioned into two groups: the first group can be obtained by measuring all the scalar boson masses and the couplings of two neutrals to gauge bosons.The second group, in contrast, does not affect the masses and Higgs-gauge couplings, and can only be determined from processes involving Higgs self-interactions. These basic quantities can be treated as free parameters of model limited by general enough conditions. Apart from this construction {\em per se}, we also obtain three by-products: new sum rules for relative couplings, a clear possibility of the coexistence of relatively light Higgses with the strong interaction in the Higgs sector, and a restriction on the triple-Higgs coupling in the SM-like regime (the latter - in a separate paper).

研究の動機と目的

• 2HDMラグランジアンを完全に決定する、直接測定可能な最小かつ包括的な物理量（観測量）のセットを定義すること。
• ヒッグスポテンシャルのすべてのパラメータを、これらの観測量のみで明示的に表現し、物理的でないゲージや基底の選択に依存しないようにすること。
• ラグランジアン係数の複雑なモデル依存的解釈を避けて、実験データのみを用いた2HDMの素粒子的解析を可能にすること。
• 将来的な実験的制約やヒッグスデータからのパラメータ抽出の基盤を、特定の理論的仮定に依存せずに提供すること。

提案手法

• ヒッグス基底を自然な枠組みとし、1つのヒッグスダブルットのみが真空期待値（vev）を持つことにより、物理的解釈を簡素化する。
• 観測量の第一の集合として、ヒッグス質量 $M_a$ と $W^\pm$ ボソンへの結合定数 $g(h_a W^+ W^-)$ を定義し、これにより中性ヒッグス系における質量行列と混合角が決定される。
• 観測量の第二の集合として、三重頂点 $g(H^+ H^- h_a)$ と四重頂点 $g(H^+ H^- H^+ H^-)$ を定義し、これによりポテンシャルの残りのパラメータが制御される。
• 再パラメトライゼーション不変性（RPa）の自由度を用いて、基底を固定し、すべての物理的量を測定可能な入力のみで明示的に表現する。
• ポテンシャルパラメータ（例：$\mu_{12}^2$, $\lambda_i$）の明示的代数的表現を導出する。
• この形式を用いて、ヒッグス結合の新しい和則と、$g(hhh)$ 頂点の簡単な式を導出し、将来的な $hhh$ 結合測定に有用である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゲージや基底の選択に依存しない最小限の直接測定可能な物理量のセットは何か、それが2HDMラグランジアンを完全に決定できるか？
• RQ2 実験的観測量のみを用いて、ヒッグスポテンシャルのパラメータを再構成することは可能か？
• RQ3 $Z_2$ 対称性やアライメント仮定をせずとも、一般2HDMにおけるCP対称性の簡単な基準を導出できるか？
• RQ4 2HDMにおいて、軽いヒッグスボソンと強いヒッグス自己相互作用が同時に成立する場合にどのような意味があるか？
• RQ5 将来的な三重および四重ヒッグス頂点測定は、ラグランジアンパラメータ化に依存せずにモデルを独立に制約できるか？

主な発見

• ヒッグス質量、$W^\pm$ への結合定数、$H^+H^-h_a$ および $H^+H^-H^+H^-$ 頂点からなる最小かつ包括的な観測量セットが、2HDMポテンシャルを完全に決定する。
• すべてのポテンシャルパラメータ（例：$\mu_{12}^2$, $\lambda_1, \dots, \lambda_5$）が、観測量と非物理的RPaパラメータを用いて明示的に表現された。
• 一般2HDMにおいて$Z_2$対称性を仮定しないで、CP対称性の新しい簡単な基準が導出された。
• 3つの中性ヒッグスボソンが$W^\pm$ および $Z$ ボソンへ結合する関係を結ぶ新しい和則が得られた。
• 三重ヒッグス結合 $g(h_{a}h_{a}h_{a})$ が、将来的な $hhh$ 結合測定の解析に有用な簡単かつ明示的な形で表現された。
• このフレームワークにより、一般の正定値性およびユニタリティ制約の下では、任意の観測量の値をとるモデルが原則として実現可能であることが示された。