[論文レビュー] Current bounds on the Type-Z $Z_3$ three Higgs doublet model

Rafael Boto, Jorge C. Romão+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、タイプ-Z $Z_3$ 対称性をもつ3ヒッグスダブルレットモデル（3HDM）を調査し、$B\to X_s\gamma$ および $h\to\gamma\gamma$ 衰えにおける2つのcharged Higgsボソン間のキャンセレーションが、それらの質量に対する下限を顕著に緩和することを示している。正確なアライメント条件を緩和し、厳密な理論的および実験的制約を適用することで、従来の仮定よりも軽い追加のヒッグス状態を持つ妥当なベンチマーク点を同定した。

ABSTRACT

Type-Z models, where charged leptons, up type quarks, and down type quarks each couple to a different scalar, are only possible when there are three or more Higgs doublets. We consider the Type-Z three Higgs doublet model imposed by a softly broken $Z_3$ symmetry. We take into account all theoretical and experimental constraints, highlighting the importance of perturbative unitarity and bounded from below conditions that we develop here, and which have a strong impact on $B ightarrow X_s γ$. Since there can be cancellations between the two charged Higgs in $B ightarrow X_s γ$ (and in $h ightarrow γγ$), the lower bounds obtained on the charged Higgs masses are alleviated. We also discuss in detail the important physical differences between exact alignment and approximate alignment, and present some useful benchmark points.

研究の動機と目的

• 現在の理論的および実験的制約下でのタイプ-Z $Z_3$ 対称性をもつ3ヒッグスダブルレットモデル（3HDM）の妥当性を調査すること。
• $B\to X_s\gamma$ および $h\to\gamma\gamma$ 衰えにおける2つのcharged Higgsボソン間のキャンセレーションが、それらの制約に与える影響を評価すること。
• 正確なアライメントを越えたパラメータ領域を探索し、より軽いヒッグス質量を持つ妥当なベンチマーク点を同定すること。
• 摂動的ユニタリティ、下からの有界性（BFB）条件、および HiggsBounds-5.9.1 を体系的に適用してモデルを制約すること。
• $Z_3$ 3HDMの文脈における正確なアライメントと近似的なアライメントの物理的差異を明確にすること。

提案手法

• 3ヒッグスダブルレットモデルにおけるスカラー・ポテンシャルとヤクバ相互作用を構築するために、ソフトに破れた $\mathbbm{Z}_3$ 対称性を導入する。
• 回転行列と真空アライメントパラメータを用いて、ヒッグスカップリング（$hH^{\pm}H^{\mp}$ および $AH^{\pm}H^{\mp}$ を含む）の明示的表現を導出する。
• モデルのパラメータ空間を制約するために、摂動的ユニタリティおよび下からの有界性（BFB）条件を適用する。
• LHCヒッグス探索結果との整合性をテストするために、HiggsBounds-5.9.1パッケージを用いる。
• 正確なアライメントから近似的なアライメントまでをカバーするパラメータのグローバルスキャンを実施し、妥当な領域を同定する。
• $h\to\gamma\gamma$ および $B\to X_s\gamma$ における2つのcharged Higgs状態の逆符号寄与が、質量抑制を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ-Z $Z_3$ 3HDMにおける $h\to\gamma\gamma$ および $B\to X_s\gamma$ 衰えにおける2つのcharged Higgsボソン間のキャンセレーションは、それらの質量に対する下限にどのように影響するか？
• RQ2 $Z_3$ 3HDMにおいて正確なアライメント条件を緩和することは、現在の実験的制約下でのモデルの妥当性にどのような影響を及えるか？
• RQ3 摂動的ユニタリティおよび下からの有界性（BFB）条件は、アライメント限界を超えて $Z_3$ 3HDMのパラメータ空間をどのように制約するか？
• RQ4 すべての理論的および実験的制約（HiggsBounds-5.9.1 を含む）を適用した後も、$Z_3$ 3HDMにおけるどのベンチマーク点が依然として妥当であるか？
• RQ5 $Z_3$ 3HDMの文脈における正確なアライメントと近似的なアライメントの主な物理的差異は何か？ そして、それらは物性論にどのように影響するか？

主な発見

• $h\to\gamma\gamma$ および $B\to X_s\gamma$ 衰えにおける2つのcharged Higgsボソン間のキャンセレーションにより、従来の仮定よりも顕著に軽いcharged Higgs質量が可能となり、下限が緩和される。
• 125 GeVのヒッグスボソンが正確なアライメント限界にない場合でも、モデルは妥当であり、複数のベンチマーク点がすべての制約を満たす。
• 最近のLHC測定により、Chakraborti:2021bpyの図2のすべての点が、同じパラメータ選択であっても、更新された HiggsBounds-5.9.1 の制約により除外される。
• 摂動的ユニタリティおよび下からの有界性（BFB）条件が導出され、モデルのパラメータ空間に対する重要な理論的制約を提供する。
• 本研究では、charged Higgs質量が500 GeV未満の妥当なベンチマーク点を同定し、重い新しいスカラーを必要としなくても、モデルが現在のデータと整合的であることを示した。
• 正確なアライメントと近似的なアライメントの物理的差異が、重要であることが示された。近似的なアライメントは、実験的データと整合性を保ちつつ、より軽いヒッグス状態を可能にする。