[論文レビュー] CP Studies and Non-Standard Higgs Physics

Sabine Kraml, Elena Accomando+164 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 106

ひとこと要約

この論文は、標準模型を越えた非標準的ヒッグス物理学を調査しており、CP対称性の破れ、多ヒッグス状態、複合ヒッグス、および代替の電弱対称性の spontaneously broken メカニズムに焦点を当てている。2ヒッグスダブルレットモデル、CP対称性を含む超対称拡張、リトルヒッグス、追加次元、そしてテクニカラーといった理論的枠組みを分析し、大型ハダロン衝突型加速器（LHC）および将来の衝突型加速器におけるその素粒子物理学的現象と実験的シグネチャを提示している。

ABSTRACT

There are many possibilities for new physics beyond the Standard Model that feature non-standard Higgs sectors. These may introduce new sources of CP violation, and there may be mixing between multiple Higgs bosons or other new scalar bosons. Alternatively, the Higgs may be a composite state, or there may even be no Higgs at all. These non-standard Higgs scenarios have important implications for collider physics as well as for cosmology, and understanding their phenomenology is essential for a full comprehension of electroweak symmetry breaking. This report discusses the most relevant theories which go beyond the Standard Model and its minimal, CP-conserving supersymmetric extension: two-Higgs-doublet models and minimal supersymmetric models with CP violation, supersymmetric models with an extra singlet, models with extra gauge groups or Higgs triplets, Little Higgs models, models in extra dimensions, and models with technicolour or other new strong dynamics. For each of these scenarios, this report presents an introduction to the phenomenology, followed by contributions on more detailed theoretical aspects and studies of possible experimental signatures at the LHC and other colliders.

研究の動機と目的

• 標準模型およびその最小超対称拡張を越えた電弱対称性の spontaneously broken を説明する理論的モデルを調査すること。
• 複数スカラーのヒッグス系におけるCP対称性の破れの役割、特にヒッグス粒子間の混合を含む状況を調査すること。
• 複合ヒッグス、テクニカラー、追加のゲージ対称性やヒッグストリプレットを含むモデルといった代替のヒッグスメカニズムを検討すること。
• これらのモデルが衝突型加速器実験、特にLHCにおける素粒子物理学的影響に与える影響を評価すること。
• 多様な非標準的ヒッグスフレームワークにわたる理論的基盤と実験的シグネチャの包括的概要を提供すること。

提案手法

• 2ヒッグスダブルレットモデルやCP対称性を含む超対称拡張を含む、標準模型でないヒッグス状態の体系的分類。
• 追加のゲージ群、ヒッグストリプレット、またはスケール場を用いてヒッグス系を拡張するモデルの分析。
• リトルヒッグスモデルや追加次元を含む理論の研究。特にヒッグスの素粒子物理学的性質と自然性の性質に注目。
• ヒッグスが基本的でないが強い相互作用から生じるという複合ヒッグスおよびテクニカラーに類似したモデルの調査。
• 理論的要素と衝突型加速器物理学の統合。特に崩壊モード、生成断面積、CP対称性の破れを示す観測量を含む。
• 理論的知見とLHCおよび将来の衝突型加速器に適した実験的シグネチャの統合的分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非標準的ヒッグス系は、標準模型を超えて、どのように新たなCP対称性の破れの源を導入するか？
• RQ2 2ヒッグスダブルレットモデルや拡張された超対称モデルにおける複数のヒッグス粒子間の混合の素粒子物理学的シグネチャは何か？
• RQ3 追加のゲージ対称性やヒッグストリプレットを含むモデルは、ヒッグス系の構造と観測可能な性質をどのように変化させるか？
• RQ4 複合ヒッグスや強い結合の電弱対称性の破れダイナミクスの衝突型加速器シグネチャは何か？
• RQ5 リトルヒッグスや追加次元を含むモデルは、自然な電弱対称性の破れをどのように実現し、そのテスト可能な予測は何か？

主な発見

• 2ヒッグスダブルレットモデルなどの非標準的ヒッグス系は、複数のCP対称性の破れの源を導入でき、複雑なヒッグス混合と新しいCP対称性の破れを示す観測量を生じさせる。
• 追加のシングレットやトリプレットヒッグス場を含む超対称モデルは、ヒッグスの結合定数が変化し、崩壊チャネルが強化され、LHCにおける発見可能性が変化する。
• リトルヒッグスモデルや追加次元を含むモデルは、階層問題に対する自然な解決策を提供し、特徴的なヒッグス共鳴状態とフレーバー変換信号を生成する。
• テクニカラーおよび強い相互作用モデルは、ゲージボソンやフェルミオンへのヒッグスの結合定数が修正された複合ヒッグスを予測し、精度測定とレア崩壊を用いて区別可能である。
• 拡張されたヒッグス系に複数のスカラー状態が存在すると、Exotic崩壊モードやCP奇数のヒッグス粒子がLHCで検出可能になるなど、豊かな素粒子物理学的現象が生じる。
• 標準模型を超えた理論的フレームワークは、即時崩壊や異常な結合定数を含む多様な実験的シグネチャを予測しており、現在および将来の衝突型加速器実験で検証可能である。