[論文レビュー] Large pseudoscalar Yukawa couplings in the complex 3HDM

Boto, Rafael, Lourenco, Luis+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2024

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 32被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、Z2×Z2対称性と明示的CP違反を持つ複素三重のヒッグス二重項モデル（C3HDM）を分析し、h125に対するほぼCP偶性のトップ結合とほぼCP奇性のボトム結合が部分的に復活し得ることを示し、実験的探索を促す。

ABSTRACT

As LHC's Run3 unfolds, we peer deeper into the couplings of the 125GeV Higgs ($h_{125}$) and also test for extra scalars. Even before such extra scalars are found, one can probe them by using the fact that theories with multiple Higgs doublets allow for substantial deviations of the couplings of $h_{125}$ from their SM values. Indeed, the observed couplings already place stringent limits on such theories. We investigate the curious possibility that $h_{125}$ couples to the top quark mostly as a scalar, while it couples to the bottom quark mostly as a pseudoscalar. This possibility was allowed by 2017 data for the so-called C2HDM; a two Higgs doublet model with a single source of explicit CP violation. It was shown recently that this possibility disappears when using the full experimental data of 2024. Here we discuss a three Higgs doublet with explicit CP violation (C3HDM), and show that the curious CP-even/CP-odd $t$/$b$ possibility is partly resuscitated, prompting further experimental exploration of this prospect.

研究の動機と目的

• SMを超える多-Higgsシナリオを探るため、h125結合の精密測定を促進する。
• 3HDM内でのh125に対するほぼCP偶性トップ結合とほぼCP奇性ボトム結合の実現可能性を調査する。
• 複素ポテンシャル項とCP違反効果を含むC3HDMの詳細なパラメータ化を開発する。
• C3HDMに対する理論的・実験的制約を整理し、パラメータ空間の適合性を評価する。

提案手法

• C3HDMに対するZ2×Z2対称性とソフトブレーク項を用いたスカラーポテンシャルを定義する。
• 中性・荷電スカラーの質量行列をパラメータ化し、基底変換を行ってハガス基底へ到達する。
• タイプ-Z NFC割り当ての下でYukawaラグランジアンを導出し、中性スカラーとフェルミオンの結合を表現する。
• 一般的な直交回転を用いて中性スカラー質量行列を対角化し、質量固有状態とポテンシャルパラメータとの関係を明示する。
• 観測可能結合（κV, cei, coi）と回転行列の形でHiggs-フェルミオン結合を表現し、モデルパラメータへの反転を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C3HDMは、h125のトップ量子に対する結合がほぼスカラーで、ボトムクォークに対する結合がほぼパséュラになるような条件を満たせるか？
• RQ2 完全な2024年の実験制約は、C2HDMで観測されたCP-violating t/b結合パターンを3HDM（C3HDM）へ拡張した場合、どの程度容認または否定できるか？
• RQ3 複素3HDMにおけるタイプ-Z NFC構造は、h125結合と他のスカラー分光観測量との相関にいかなる影響を与えるか？
• RQ4 理論的・実験的制約を満たしつつ、CP-oddボトムとCP-evenトップの結合パターンを実現するために必要なパラメータ関係と質量スペクトルは何か？

主な発見

• 明示的CP違反を伴う3HDMは、2HDMで否定されたh125のCP偶性トップ/CP-奇性ボトム結合パターンを部分的に復活させ得る。
• 複素スカラー ポテンシャルの総合的なパラメータ化、質量行列とタンドル条件の関係を含む。
• 詳細なYukawa構造（type-Z）は、各右手系フェルミオン種を異なるスカラーに割り当て、h125結合の異なるCP特性を可能にする。
• 理論的および実験的制約を分析し、可行なパラメータ空間を決定するスキャンに組み込んだ。
• この研究は、今後の測定・探索でCP-violating h125結合を追求する意義を示している。