[論文レビュー] Complex Vacuum and Lightness of Higgs Boson

Shou-hua Zhu|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、2つのヘキス・ダブルレット模型における複素真空を通じて、ATLASおよびCMSが約125 GeVで発見したヒッグス粒子の軽い質量が、自発的CP対称性の破れと密接に関連していると提案している。CP対称性の破れを示す位相パラメータξを導入することで、最も軽い中性ヒッグス粒子はξ ≠ 0のときのみ質量を持つようになるが、CP保存の極限（ξ → 0）では質量がゼロに近づき、ゴルドストーン粒子と同様の振る舞いを示す。主な結果として、ヒッグス粒子の軽さは、超対称性のような新しい対称性や新物理によるものではなく、自発的CP対称性の破れによって保護されていることが示された。

ABSTRACT

The CP violation observed in K- and B-mesons can be successfully accommodated via the CKM matrix in the standard model. However the additional CP violation is required in order to induce the matter and anti-matter asymmetry observed in the Universe. The additional CP violation can be induced by complex vacuum, namely the spontaneous CP violation. In this paper we reveal the intimate connection of the spontaneous CP violation and the lightness of the Higgs boson, which was recently discovered by ATLAS and CMS at the LHC.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えたヒッグス粒子の軽い質量の起源を解明すること。
• 真空における自発的CP対称性破れが、ヒッグス質量階層を自然に説明できるかどうかを調査すること。
• 2つのヘキス・ダブルレット模型におけるヒッグス粒子の軽さとCP対称性破れ位相パラメータξとの関連を確立すること。
• CP保存の極限において、最も軽いヒッグス粒子がゴルドストーン粒子と同様の振る舞いを示すことを示し、動的な保護メカニズムを示すこと。

提案手法

• 複素真空を有する2つのヘキス・ダブルレット模型を定式化し、CP対称性破れ位相パラメータξを導入する。
• 実数パラメータλiと複素真空期待値を用いてCP不変のヒッグスポテンシャルを構築し、Φ†Φの実部と虚部を用いて項を分類する。
• 中性ヒッグス状態の3×3対称質量行列を対角化し、物理的質量と混合角を抽出する。
• v = 175 GeV、tanβ = 1、λ7 = -2、他のパラメータ = 1というベンチマークパラメータセットを用いて、ヒッグス質量がξに依存する数値的解析を行う。
• ξ → 0の極限を検討し、最も軽いヒッグス粒子が質量ゼロに近づくことを示し、ゴルドストーン粒子に類似した振る舞いを示す。
• 自発的CP対称性破れのもとで、最も軽いヒッグス粒子だけが軽く、他の粒子は著しく重くなることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス粒子の軽い質量は、超対称性のような新しい対称性ではなく、自発的CP対称性破れによって説明可能か？
• RQ2 真空がCP保存的である場合（ξ → 0）に、ヒッグス質量スペクトルはどのように変化するか？
• RQ3 2つのヘキス・ダブルレット模型におけるCP対称性破れ位相パラメータξは、最も軽い中性ヒッグス粒子の質量にどのように影響を与えるか？
• RQ4 CP保存の極限において、最も軽いヒッグス粒子が質量ゼロになるのは、自発的CP対称性破れモデルの一般的な特徴か？
• RQ5 125 GeVで観測されたヒッグス粒子は、真空の複雑さによってCP偶性とCP奇性の混合状態であると解釈できるか？

主な発見

• CP保存の極限（ξ → 0）において、最も軽い中性ヒッグス粒子は質量ゼロとなり、中性ゴルドストーン粒子と同様の性質を示す。
• 最も軽いヒッグス粒子の質量m_h1はξ → 0に伴いゼロに近づくが、m_h2とm_h3は著しく重いまま残る。
• ベンチマークパラメータセットにおいて、m_h1はξが0からπ/2に増加するに従い、ゼロに近い値から数GeVに増加し、CP対称性破れに直接依存することが示された。
• 他の2つの中性ヒッグス粒子（m_h2とm_h3）は、すべてのξ値においてm_h1に比べて著しく重く、階層的な質量スペクトルが成立する。
• 最も軽いヒッグス粒子の質量は、自発的CP対称性破れ位相ξによって保護されており、その軽さに動的な起源があることを示唆している。
• 125 GeVで観測されたヒッグス粒子は、純粋なCP偶性スカラーではなく、真空の複雑さによってCP偶性とCP奇性の成分が混合された状態であると解釈できる。