[論文レビュー] Higgs Triplet Model with Classically Conformal Invariance

Hiroshi Okada, Yuta Orikasa+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、10 TeV付近での量子修飾によるU(1)_{B-L}対称性の破れが、コロンベール＝ワインバーグ機構によって電弱対称性の破れを引き起こす、古典的に共形的であるHiggs三重項模型を提案する。ニュートリノ質量はハイブリッド型I/型IIの見せかけのメカニズムによって生じ、低エネルギー物理量（ヒッグス粒子の質量や混合角など）は、プランクスケールの初期条件から1ループの相互作用エネルギーレベルの補正方程式（RGE）を用いて予測される。また、実験データから、レプトンフラバー違反を示すヤコビ係数の上界が厳密に導かれる。

ABSTRACT

We discuss an extension of the minimal Higgs triplet model with a classically conformal invariance and with a gauged $U(1)_{B-L}$ symmetry. In our scenario, tiny masses of neutrinos are generated by a hybrid contribution from the type-I and type-II seesaw mechanisms. The shape of the Higgs potential at low energies is determined by solving one-loop renormalization group equations for all the scalar quartic couplings with a set of initial values of parameters at the Planck scale. We find a successful set of the parameters in which the $U(1)_{B-L}$ symmetry is radiatively broken via the Coleman-Weinberg mechanism at the ${\cal O}$(10) TeV scale, and the electroweak symmetry breaking is also triggered by the $U(1)_{B-L}$ breaking. Under this configuration, we can predict various low energy observables such as the mass spectrum of extra Higgs bosons, and the mixing angles. Furthermore, using these predicted mass parameters, we obtain upper limits on Yukawa couplings among an isospin triplet Higgs field and lepton doublets from lepton flavor violation data.

研究の動機と目的

• 古典的共形不変性（CCI）を保ちつつ、明示的な質量項を避ける最小限のHiggs三重項模型の拡張を構築すること。
• コロンベール＝ワインバーグ機構を介して、10 TeVスケールでU(1)_{B-L}対称性の量子修飾的破れを実現し、電弱対称性の破れを引き起こすこと。
• 樹形レベルのμ項を一切持たない状態で、型Iおよび型IIの見せかけメカニズムのハイブリッド寄与により、非常に小さなメジャノナニュートリノ質量を生成すること。
• プランクスケールの初期条件を用いた1ループの相互作用エネルギーレベルの補正方程式（RGE）を用いて、ヒッグス粒子の質量、混合角、ヤコビ係数といった低エネルギー物理量を予測すること。
• LFV実験からの制約を用いて、レプトンフラバー違反を示すヤコビ係数の上界を導出すること。

提案手法

• 高エネルギー領域で次元量を持つパrameterを禁止することで、古典的に共形的なヒッグス系を実装し、ヒッグス三重項Δと二重項Φの間に次元なしの結合定数λ₀を介してμ項を動的に生成する。
• 真空の安定化と10 TeVスケールでのB-L対称性の量子修飾的破れを可能にするために、ゲージ化されたU(1)_{B-L}対称性を導入する。
• すべてのスカラー四次結合定数およびゲージ・ヤコビ係数の1ループ相互作用エネルギーレベルの補正方程式（RGE）を用い、初期値をプランクスケールで設定し、電弱スケールへと発展させる。
• RGEを数値的に解き、低エネルギーにおけるヒッグスポテンシャルの形状（ヒッグス粒子の質量や混合角を含む）を決定する。
• μ→eγのようなレプトンフラバー違反（LFV）過程を計算し、チャージドレプトンとヒッグス三重項のヤコビ係数を制約する。
• ゲージ、ヤコビ係数、スカラー四次相互作用を含むすべての次元なし結合定数の1ループβ関数の解析的表現を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Higgs三重項模型を、古典的共形不変性を保ちつつ、非常に小さなニュートリノ質量を生成できるように拡張することは可能か？
• RQ2 コロンベール＝ワインバーグ機構を介して、10 TeVスケールでU(1)_{B-L}対称性が量子修飾的に破れ、電弱対称性の破れを引き起こすことは可能か？
• RQ3 この共形的かつU(1)_{B-L}拡張型モデルにおけるヒッグス粒子の質量スペクトルと混合角は、どのように予測されるか？
• RQ4 レプトンフラバー違反実験データから、ヒッグス三重項とレプトン二重項の間のヤコビ係数にどの程度の上界を設定できるか？
• RQ5 すべての結合定数の1ループRGEが、プランクスケールの初期条件のもとでヒッグスポテンシャルの低エネルギー行動をどのように決定するか？

主な発見

• プランクスケールにおける一貫性のある初期パラメータのセットが、約10 TeVでU(1)_{B-L}対称性の量子修飾的破れを引き起こし、コロンベール＝ワインバーグ機構によって電弱対称性の破れが実現される。
• 低エネルギーにおけるヒッグスポテンシャルは、1ループRGEを解くことで完全に決定され、追加のヒッグス粒子の質量と混合角を予測可能である。
• ニュートリノ質量は、型Iおよび型IIの見せかけメカニズムのハイブリッド寄与により生成され、μ項はλ₀結合定数による動的生成によって生じる。
• このモデルは、重いヒッグス三重項および追加のニュートラルおよびチャージドヒッグス状態を含む、拡張されたヒッグス系の特定の質量スペクトルを予測する。
• 特にμ→eγを介したLFV制約から、ヒッグス三重項とレプトン二重項の間のヤコビ係数に対する上界が導出され、現在の実験的制約と整合的であることが保証される。
• λ₀のβ関数はλ₀自身に比例しており、高エネルギー領域（例えばプランクスケール）でλ₀ = 0であれば、量子補正が誘導しない限り、すべてのスケールでλ₀ = 0のまま維持される。しかし、本モデルでは、非ゼロの初期値からRGEの進化によってλ₀が生成される。