[論文レビュー] Approximate Higgs alignment without decoupling

Howard E. Haber|arXiv (Cornell University)|May 15, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、追加の重いヒッグスボソンを必要とせず、ソフトに破れたCP2対称性とミラーフェルミオンを用いることで、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）における近似的なヒッグス整合性を実現するメカニズムを提案する。主な結果は、混合角β−αが小さい場合、小さなパラメータε ≡ 2Δm²/(λ(1−R)v²)のおかげで、他のスカラーが重くない場合でも、SMに類似したヒッグス性質を持つ軽いヒッグス粒子hが得られることである。

ABSTRACT

The properties of the Higgs boson, h(125), observed in LHC data are consistent with Standard Model predictions. Consequently, if additional Higgs bosons are present, then the direction of h(125) in field space must be approximately aligned with the direction of the Higgs vacuum expectation value. One way to achieve approximate Higgs alignment is in the decoupling limit, where all additional Higgs scalars are significantly heavier than the h(125). In this presentation, the viability of approximate Higgs alignment without decoupling is addressed.

研究の動機と目的

• すべての追加ヒッグス状態が重い（デカップリング限界）である必要がない、2HDMにおける近似的なヒッグス整合性の実現可能なメカニズムを探索すること。
• スカラー・ポテンシャルにおける樹形階Higgs整合性を自然に導くことができる対称性（特にCP2、CP3、SO(3)）を同定すること。
• 近似的な整合性が、グローバル対称性のソフトな破れから生じるモデルを構築し、SMに類似したヒッグスカップリングを維持しながら、追加のヒッグス状態を軽くすること。
• ミラーフェルミオンと結合させることで、質量ゼロのクォークや異常を避けることにより、物性的妥当性を確保すること。
• 混合パrameter εが小さい場合に、デカップリングなしで整合性が可能であることを示し、tanβ ≈ O(1) かつ mH ≈ mh(1+|R|)/(1−|R|) が得られることを示すこと。

提案手法

• 2HDMのスカラー・ポテンシャルにCP2対称性を課し、Φ1–Φ2基底においてZ2⊗Π2離散対称性に相当させ、λ1=λ2、m11²=m22²、m12²=λ6=λ7=0を保証する。
• Z2対称性を保ちつつΠ2を破るために、大きな質量項MUを伴うミラーフェルミオン（U, Ū）を導入し、ヤコビ・カップリング y_t(qΦ2u + qΦ1U) を導入する。
• Π2対称性のソフトな破れにより、小さなスプリングΔm² ≡ m22²−m11² ∼ −(3y_t²MU²)/(4π²)ln(Λ/MU) が生成され、これが二次発散から保護される。
• 真空期待値比 tanβ = √((1−ε)/(1+ε)) を導出し、ε = cos2β = 2Δm²/(λ(1−R)v²) とすることで、整合性が小さなεに依存することを示す。
• 物理的ヒッグス質量を m_h,H² = (λv²/2)[1 ∓ √(R² + (1−R²)ε²)] で計算し、εが小さい場合に |R| < 1 であれば mH ≈ mh(1+|R|)/(1−|R|) となることを示す。
• SMに類似したヒッグス状態hが、|cβ−α| ≈ |ε(1−R)|/(2|R|) が小さい場合に ReH1⁰ と近似的に整合することを示し、デカップリングなしの整合性が可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDMにおいて、すべての追加ヒッグス状態が重い（つまりデカップリング限界を満たさない）場合でも、近似的なヒッグス整合性を達成できるか？
• RQ2 スカラー・ポテンシャルにおける樹形階Higgs整合性を自然に導くことができる、グローバル対称性（例：CP2、CP3、SO(3)）は何か？
• RQ3 ソフトに破れた対称性が、質量スプリングΔm²における二次発散を防ぎつつ、整合性を維持するにはどのように機能するか？
• RQ4 ミラーフェルミオンは、SMに類似したヒッグスカップリングを維持する対称性破れメカニズムを実現するために果たす役割は何か？
• RQ5 どのようなパrameter条件下で、第二のヒッグスダブルレットへの混合が無視できる軽いSMに類似したヒッグス粒子hが得られるか？

主な発見

• 混合パラメータε = 2Δm²/(λ(1−R)v²) が小さい場合、2HDMにおいてデカップリングを伴わない近似的なヒッグス整合性が可能であり、tanβ ≈ O(1) となる。
• CP偶性の重いヒッグス粒子Hの物理的質量は、|R|が1に近づかない限り、mH ≈ mh(1+|R|)/(1−|R|) として軽く保たれる。
• |cβ−α| ≈ |ε(1−R)|/(2|R|) が小さい場合、SMに類似したヒッグス状態hは ReH1⁰ と近似的に整合する。これはεが小さい場合に成立する。
• 両方の真空期待値v1 ≠ 0 かつ v2 ≠ 0（混合相）を持つ安定な真空が実現され、IDMのインert相を避ける。
• Π2対称性のソフトな破れにより、カットオフスケールΛに二次的に敏感でない小さなΔm²が生成される。
• ミラーフェルミオンと結合させることで、物性的妥当性が維持され、質量ゼロのクォークや異常を避けることができる。同時に、スカラー・ポテンシャル内の小さなスプリングが可能になる。