[論文レビュー] Mass Terms in Two-Higgs Doublet Models

Rui Santos, Sancho Oliveira+1 more|ArXiv.org|Dec 14, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、CP保存で再正則化可能な2ヒッグスダブルレットモデル（THDM）における異なる質量項が、類似した理論的枠組みにもかかわらず、物理的予測に顕著な差をもたらす理由を分析している。Z₂対称性またはグローバルU(1)対称性を持つ2つの主要なTHDMクラスに、次々に次元2の項を追加または削除することで、特にトップクォークの崩壊幅やヒッグス粒子の二光子崩壊といったループ誘導過程に顕著な違いが生じることを示している。特にフェルミオフィール的状況では、その増幅が最大で4倍に達する。

ABSTRACT

We take a closer look at the mass terms of all renormalizable and CP conserving two-Higgs doublet models (THDM). We show how some of the dimension two parameters in the potential can be set equal to zero leading to relations among the tree-level parameters of the potential. The different versions of the THDM obtained give rise to different amplitudes for physical processes. We will illustrate this with two examples. The first one is the one-loop weak correction to the top decay width, t -> b W. The second one is the decay h -> gamma gamma in the fermiophobic limit.

研究の動機と目的

• 再正則化可能でCP保存の2ヒッグスダブルレットモデル（THDM）における質量項の追加または削除が及える物理的結果を調査すること。
• Z₂対称性またはグローバルU(1)対称性という異なる対称性構造、およびそれらの質量項によるソフト破れがスカラー系のパラメータと物理的振幅に与える影響を明確にすること。
• スカラー補勢のわずかな変更が、トップクォーク崩壊やヒッグス二光子崩壊といったループ誘導過程における測定可能な差異を引き起こすことを示すこと。
• 制約付きTHDMのバリエーションにおけるフェルミオフィール的極限を分析し、標準モデルと比較してヒッグス崩壊幅に生じるずれを定量すること。

提案手法

• 2つのヒッグスダブルレットに対する、すべての可能な次元2質量項を含む、最も一般的なCP保存で再正則化可能なスカラー補勢を導出する。
• モデルを2つの主要なクラスに分類する：$V_A$（Z₂対称性）および$V_B$（U(1)対称性）とし、特定の質量項をゼロにすることでそれらの変種を検討する。
• 真空安定性およびCP保存最小条件を適用して、物理的に意味のない状態を排除する。特に、自発的CP対称性の破れを防ぐために$\mu_4^2 = 0$を強制する。
• 修正されたスカラー補勢パラメータを用いて、トップクォーク崩壊$t \to bW$の1ループ補正を計算し、$V_A$型と$V_B$型の間の差に注目する。
• フェルミオフィール的極限における$h \to \gamma\gamma$崩壊振幅を分析し、$hH^+H^-$頂点の役割に注目する。この頂点は$V_A$型と$V_B$型モデルで本質的に異なる。
• $h \to \gamma\gamma$崩壊幅の相対的ずれを定量化する次元なし比$R_A$および$R_B$を導入し、それぞれ標準$V_A$および$V_B$モデルを基準とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2ヒッグスダブルレット補勢における特定の質量項の有無・無しは、ループ誘導過程の物理的振幅にどのように影響するか？
• RQ2 $V_A$（Z₂対称性）および$V_B$（U(1)対称性）モデルは、1ループレベルでのトップクォーク崩壊幅$\Gamma(t \to bW)$の予測においてどの程度異なるか？
• RQ3 すべての$V_A$および$V_B$モデルのバリエーションにおいて、フェルミオフィール的ヒッグス状態を一貫して実現可能か？また、それらのバリエーション間で$h \to \gamma\gamma$崩壊率はどのように変化するか？
• RQ4 制約付きモデルにおいて、標準$V_A$および$V_B$モデルと比較して$h \to \gamma\gamma$崩壊幅の増幅または抑制の定量的限界は何か？

主な発見

• 制約付きモデルの特定のパrameter領域では、トップクォーク崩壊幅$t \to bW$の1ループ補正が、標準模型予測に対して最大で10倍に増幅される可能性がある。
• フェルミオフィール的極限における$h \to \gamma\gamma$崩壊において、標準$V_A$モデルを基準とした比$R_A$は$\beta = \pi/3$のとき約4に達し、モデル$V_A^{iii}$では顕著な増幅が生じることを示している。
• モデル$V_B^{iii}$では、$M_h \approx 120\,\text{GeV}$および$\beta = \pi/3$のとき、$h \to \gamma\gamma$の比$R_B$が4を超える値を示しており、$V_A^{iii}$と比較してより大きなずれを示している。
• フェルミオフィール的極限における$h \to \gamma\gamma$振幅を支配する$hH^+H^-$頂点は、$V_A$型と$V_B$型モデルで本質的に異なるため、崩壊率の予測も根本的に異なる。
• $V_A^{i}$および$V_A^{ii}$モデルではフェルミオフィール的ヒッグスを実現できない。$\alpha = \pi/2$とすると、それぞれ$M_h$または$M_H$がゼロに収束する。
• $\Delta\rho$の制約および質量パrameterの正値性により、特にモデル$V_B^{i,ii,iii}$において有効なパラメータ空間が制限され、$\alpha$の特定の範囲が除外される。