[論文レビュー] Electroweak baryogenesis and the triple Higgs boson coupling

Shinya Kanemura, Yasuhiro Okada+1 more|ArXiv.org|Jul 22, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、2重ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）および最小超対称標準模型（MSSM）における電弱ビアロゲネシスを調査し、ビアロゲネシスに必要な強力な一次相転移が、ヒッグス三重項結合（hhh）に大きな量子補正を引き起こすことを示している。2HDMでは、実現可能なビアロゲネシス領域において、標準模型（SM）値からのずれが10%を超えることがあり、これは将来の国際リニアコライダー（ILC）で検出可能である。

ABSTRACT

We study collider signatures of electroweak baryogenesis in the two Higgs doublet model and the minimal supersymmetric standard model. It is found that the trilinear coupling of the lightest Higgs boson receives large quantum corrections if the electroweak phase transition is strongly first order for successful baryogenesis. In the two Higgs doublet model, the magnitude of the deviation from the standard model value is shown to be larger than 10 percent. Such a deviation can be detected at a future electron-positron linear collider.

研究の動機と目的

• 拡張されたヒッグス系における電弱ビアロゲネシスとヒッグス三重項ボソン結合（hhh）の関係を調査すること。
• 強い一次相転移を支持するモデルにおいて、hhh結合への大きな量子補正が生じるかどうかを特定すること。
• 将来のリニアコライダー実験（例：ILC）でそのようなずれが検出可能かどうかを評価すること。
• ビアロゲネシス条件下でのhhh結合ずれの大きさについて、2HDMとMSSMを比較すること。
• ビアロゲネシスに必要なスファラロン分離条件を満たし、かつhhh結合のずれが顕著なパラメータ領域を特定すること。

提案手法

• リング（デイジー）和を用いた1ループ補正による有限温度有効ポテンシャルを2HDMで計算し、精度を向上させた。
• 高温展開と数値計算を用いて、相転移における臨界温度 $T_c$ および真空期待値 $\varphi_c$ を決定した。
• オンシェル体系における1ループ放射修正を評価し、hhh結合 $\lambda_{hhh}^{\text{eff}}$ の補正を標準模型の予測と比較した。
• 標準模型からの逸脱を定量化するために、ずれ $\Delta\lambda_{hhh}^{\text{2HDM}} / \lambda_{hhh}^{\text{SM}}$ を定義した。
• MSSMに対しても同様の分析を適用し、有効ポテンシャルにおけるストップループ寄与を用いてhhh結合のずれを推定した。
• ビアロゲネシスに必要なスファラロン分離条件 $\varphi_c / T_c \geq 1$ とhhh結合ずれを組み合わせ、観測可能なパラメータ領域を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱相転移が強く一次的である場合、2HDMにおけるヒッグス三重項結合への量子補正の大きさはどの程度か？
• RQ2 そのようなhhh結合のずれは、将来の電子・陽電子リニアコライダー（例：ILC）で検出可能か？
• RQ3 MSSMにおいて、重いヒッグスボソンの質量およびストップの質量と、hhh結合ずれのスケーリング関係はどのように変化するか？
• RQ4 2HDMおよびMSSMにおいて、スファラロン分離条件を満たし、かつhhh結合のずれが顕著なパラメータ領域はどこか？
• RQ5 電弱ビアロゲネシスの直接的な臨床的シグナルは、精度の高いヒッグス測定によってヒッグス系で観測可能か？

主な発見

• 2HDMでは、電弱相転移が強く一次的である領域において、ヒッグス三重項結合は標準模型の値から10%以上ずれる。
• このずれは、相転移が強く一次的である場合に、重いヒッグスボソンおよびトップクォークのループによる大きな量子補正に起因する。
• $m_h = 120$ GeVの場合、重いヒッグスボソンの質量が約200 GeVを超えると、ビアロゲネシスに必要なほど相転移が強くなる。
• スファラロン分離条件 $\varphi_c / T_c \geq 1$ は、$M=0$ の場合 $m_\Phi \gtrsim 185$ GeV で満たされ、$M=150$ GeV の場合 $m_\Phi \gtrsim 300$ GeV で満たされる。
• MSSMでは、$m_h = 120$ GeV の場合、軽いストップループ寄与によりhhh結合のずれが約6%程度と推定される。
• ビアロゲネシスが可能で、かつhhh結合が標準模型から顕著にずれるパラメータ空間は、将来のリニアコライダーでhhh結合の精度が約10–20%で測定可能な範囲に含まれる。