[論文レビュー] CP violation and BSM Higgs bosons

Venus Keus|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、標準模型を超えた拡張されたヒッグス系におけるCP対称性の破れ（CPV）を調査し、アクティブおよびインertなスカラー二重項を有する2HDMおよび3HDMに焦点を当てる。2HDMにおけるCPVは電気双極子モーメント実験によって強く制約されており、ダークマターを支持できないが、インertCP対称性の破れを有する3HDMは、実現可能なダークマター候補と無限大に達するCPVを許容でき、両現象を一貫した枠組みで説明可能である。

ABSTRACT

We study extensions of the Standard Model (SM) in which copies of the SM scalar SU(2) doublet are added to the Higgs sector. These scalar doublets either acquire a Vacuum Expectation Value (VEV) and hence are active or do not develop a VEV and are inert. We consider CP-violation (CPV) in both the active and inert sector. As an example of a model with CPV in the active sector, we present a Type-I 2-Higgs-Doublet Model (2HDM) with two active doublets and show Large Hadron Collider (LHC) signals of such a scenario. The amount of CPV in this case is very limited due to constraints coming from Electric Dipole Moment experiments. Moreover, 2HDMs with only active doublets do not provide a Dark Matter (DM) candidate. As a result, we turn to 3-Higgs-Doublet Models (3HDMs) where unbounded CPV and viable DM candidates could be introduced simultaneously in the inert sector. We investigate DM phenomenology of such models.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えた拡張されたヒッグス系におけるCP対称性の破れを調査すること。
• 2HDMがCP対称性の破れとダークマターの両方を同時に扱えるという限界を明らかにすること。
• インテルクトルのヒッグス系にCP対称性の破れとダークマター候補が共存する3ヒッグス二重項モデル（3HDM）を構築すること。
• このようなモデルのLHC信号および物性的妥当性を分析すること。

提案手法

• CP対称性の破れをヒッグス系で研究するために、2つのアクティブ二重項を有するタイプIの2ヒッグス二重項モデル（2HDM）を構築する。
• 電気双極子モーメント（EDM）実験からの制約を適用し、アクティブ系におけるCP対称性の破れを制限する。
• 3HDMにインテルクトルスカラー二重項系を導入し、ダークマター候補を提供する。
• 質量順序 m_S1 ≈ m_S3 ≪ m_S2 を用いてインテルクトル系を安定化させ、CP対称性の破れを有する相互作用を可能にする。
• インテルクトル二重項の物性的性質を分析し、ダークマターの残存密度および直接検出制約を検討する。
• 2HDMおよび3HDMの枠組みにおける拡張されたヒッグス系から生じるLHC信号を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インテルクトル二重項を有する3HDMのヒッグス系において、CP対称性の破れを一貫して実現できるか？
• RQ2 CP対称性の破れを有するアクティブ二重項を有する2HDMにおけるLHC信号はどのようなものか？
• RQ3 3HDMのインテルクトル系は、CP対称性の破れを許容しつつ、安定なダークマター候補をどのように支持するか？
• RQ4 電気双極子モーメント測定から、アクティブ系におけるCP対称性の破れにどのような制約がかかるか？
• RQ5 CP対称性の破れを有するインテルクトル系と実現可能なダークマターを有する3HDMは、物性的に妥当なモデルと見なせるか？

主な発見

• アクティブ二重項のみを有する2HDMにおけるCP対称性の破れは、電気双極子モーメント実験によって強く制約されており、物性的探査の範囲が狭まっている。
• アクティブ二重項のみを有する2HDMは、安定な中性状態が存在しないため、実現可能なダークマター候補を提供できない。
• インテルクトル二重項系を有する3HDMは、インテルクトル系において無限大に達するCP対称性の破れを許容でき、EDMの制約を回避できる。
• 質量順序 m_S1 ≈ m_S3 ≪ m_S2 はインテルクトル系を安定化させ、実現可能なダークマター候補を可能にする。
• モデルは電弱スケール付近の質量を持つダークマター候補を支持しており、残存密度および直接検出制約と整合的である。
• 2HDMのシナリオではCP対称性の破れの制限によりLHC信号が制限されるが、3HDMの枠組みはCP対称性の破れを有するインテルクトル相互作用のおかげでより豊かな物性的性質を示す。