[論文レビュー] Electroweak-Higgs Unification in the Two Higgs Doublet Model: Masses and Couplings of the Neutral and Charged Higgs Bosons

J. Lorenzo Díaz-Cruz, A. Rosado|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|Oct 13, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、二重ヒッグスダブルレットモデル（THDM）における新しい電弱・ヒッグス統一スケナリオを提案する。ここでヒッグス自己結合定数は中間スケール $M_{GH}$ で電弱ゲージ結合定数と統一される。線形または二次の統一条件を $g_1$, $g_2$, および $\lambda_i$ パラメータ間に課すことにより、著者らは特定のヒッグス質量スペクトルを予測する。$\tan\beta = 1$ の場合、$m_{h^0} \approx 109$ GeV、$m_{H^0} \approx 123$ GeV、$m_{A^0} \approx 116$ GeV、$m_{H^\pm} \approx 80$ GeV となり、ハイパークラフト正規化の違いに関わらず安定した結果が得られる。

ABSTRACT

We obtain the mass spectrum and the Higgs self-coupling of the two Higgs doublet model (THDM) in an alternative unification scenario where the parameters of the Higgs potential $λ_i$ ($i=1,2,3,4,5$) are determined by imposing their unification with the electroweak gauge couplings. An attractive feature of this scenario is the possibility to determine the Higgs boson masses by evolving the $λ_i$,s from the electroweak-Higgs unification scale $M_{GH}$ down to the electroweak scale. The unification condition for the gauge ($g_1,g_2$) and Higgs couplings is written as $g_1=g_2=f(λ_i)$, where $g_1=k_Y^{1/2} g_Y$, and $k_Y$ being the normalization constant. Two variants for the unification condition are discussed; Scenario I is defined through the linear relation: $g_1=g_2=k_H(i)λ_i(M_{GH})$, while Scenario II assumes a quadratic relation: $g^2_1=g^2_2=k_H(i)λ_i(M_{GH})$. Working in Scenario I, fixing {\it ad hoc} $-k_H(5)={1/2} k_H(4)={3/2} k_H(3)=k_H(2)=k_H(1) =1$, taking $ anβ=1$ and using the standard normalization ($k_Y=5/3$), we obtain the following spectrum for the Higgs boson masses $m_{h^0} = 109.1$ GeV, $m_{H^0} = 123.2$ GeV, $m_{A^0} = 115.5$ GeV, and $m_{H^{\pm}} = 80.3$ GeV, with similar results for other normalizations such as $k_Y=3/2$ and $k_Y=7/4$.

研究の動機と目的

• 中間スケール $M_{GH}$ でヒッグス自己結合定数が電弱ゲージ結合定数と統一される新しい統一スケナリオを探索すること。
• この統一条件下で二重ヒッグスダブルレットモデル（THDM）におけるヒッグスボソン質量スペクトルを予測すること。
• ヒッグス質量および結合定数がハイパークラフト正規化 $k_Y$ および $\tan\beta$ にどのように依存するかを検討すること。
• 将来のコライダー（例えば ILC）におけるこのスケナリオの実験的妥当性を評価すること。

提案手法

• 線形（スケナリオ I）および二次（スケナリオ II）の2つのバリエーションで、$g_1 = g_2 = k_H(i)\lambda_i(M_{GH})$ という統一条件を課す。
• $M_{GH}$ から電弱スケールまで $\lambda_i$ パラメータのランゲージ群の進化を用いて計算する。
• ハイパークラフト正規化 $k_Y$ を $5/3$, $3/2$, $7/4$ に固定し、$M_{GH}$ およびヒッグススペクトルに与える影響を調査する。
• 明示的な $\mu^2_0$ および $\lambda_i$ パラメータを含むTHDMスカラー・ポテンシャルを用いてヒッグス質量および結合定数を計算する。
• $g_1 = k_Y^{1/2}g_Y$ の条件を適用し、$k_H(i)$ コefficient を介して $g_1$, $g_2$ を $\lambda_i$ と関連づけ、統一を強制する。
• $\tan\beta$ のさまざまな値に対して、中性および charged ヒッグス状態の質量行列の数値的対角化を実行する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 THDM において、ヒッグス自己結合定数 $\lambda_i$ は高エネルギースケール $M_{GH}$ で電弱ゲージ結合定数 $g_1$, $g_2$ と統一可能か？
• RQ2 このような統一条件下で得られるヒッグスボソン質量スペクトルは何か？
• RQ3 予測されたヒッグス質量はハイパークラフト正規化 $k_Y$ および $\tan\beta$ にどのように依存するか？
• RQ4 予測されたヒッグス質量は現在の実験的制約と整合しており、将来のコライダーで観測可能か？
• RQ5 $\lambda_i$ パラメータは、この統一フレームワーク下でヒッグス系の構造を決定づける役割を果たすか？

主な発見

• スケナリオ I において $\tan\beta = 1$ および $k_Y = 5/3$ の場合、予測されるヒッグス質量は $m_{h^0} = 109.1$ GeV、$m_{H^0} = 123.2$ GeV、$m_{A^0} = 115.5$ GeV、$m_{H^\pm} = 80.3$ GeV である。
• 電弱・ヒッグス統一スケールは $k_Y = 5/3$ の場合 $M_{GH} = 1.3 \times 10^{13}$ GeV であり、$k_Y = 3/2$ の場合 $5.9 \times 10^{14}$ GeV に増加する。
• ヒッグス質量スペクトルは異なる $k_Y$ 値に対しても比較的安定しており、$k_Y = 7/4$ の場合、$\tan\beta$ が 1.0 から 1.2 に増加するにつれて $m_{h^0}$ はわずかに 109.1 GeV から 95.0 GeV に減少する。
• チャージドヒッグス質量は $\tan\beta$ に伴い単調に増加し、$k_Y = 7/4$ の場合 $\tan\beta = 1.2$ で $84.27$ GeV に達する。
• 中性ヒッグス状態 $h^0$, $H^0$, $A^0$ は $\tan\beta$ に対して非単調な質量依存性を示し、$\tan\beta$ の増加に伴い $m_{H^0}$ は減少し、$m_{A^0}$ は増加する。
• 異なるハイパークラフト正規化に対して結果が頑健であり、$k_Y = 5/3$, $3/2$, $7/4$ の間で一貫した予測が得られる。