[論文レビュー] Non-Minimal Higgs Sectors: The Decoupling Limit and its Phenomenological Implications,

Howard E. Haber|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、CPを保存する最も一般的な二重ヒッグスダブルレット模型におけるデカップリング限界を規定し、この限界において、一つの電荷なしCP偶性ヒッグスボソンが標準模型ヒッグスボソンと同一に振る舞う一方、他のすべてのヒッグス状態は非常に重くなることを示している。研究は、このレジームにおいて非最小のヒッグス系を検出することは、将来の加速器実験にとって顕著な挑戦を伴うことが強調されている。なぜなら、最も軽いヒッグス状態がSMに類似した振る舞いを示すからである。

ABSTRACT

In models with a non-minimal Higgs sector, a decoupling limit can be defined. In this limit, the masses of all the physical Higgs states are large (compared to the scale of electroweak symmetry breaking) except for one neutral CP-even Higgs scalar, whose properties are indistinguishable from the Higgs boson of the minimal Standard Model. The decoupling limit of the most general CP-conserving two-Higgs doublet model is formulated. Detection of evidence for a non-minimal Higgs sector at future colliders in the decoupling limit may present a formidable challenge for future Higgs searches.

研究の動機と目的

• 非最小ヒッグス系を有するモデルにおけるデカップリング限界を定義・形式化すること、特にCPを保存する二重ヒッグスダブルレット模型を対象とする。
• この限界が将来の加速器におけるヒッグスボソン検出に与える現象論的意味を分析すること。
• デカップリングレジームにおいて、非最小ヒッグス系を標準模型から区別することがどれほど困難であるかを評価すること。

提案手法

• すべてのヒッグス状態のうち一つを除き、その質量を電弱スケールよりもはるかに大きくとることでデカップリング限界を形式化する。
• 最も一般的なCPを保存する二重ヒッグスダブルレット模型のラグランジアンを用いて、最も軽いヒッグス状態がSMに類似する条件を導出する。
• ヒッグスポテンシャルおよび質量行列の構造を分析し、モデルのパラメータの観点からデカップリング限界を同定する。
• 対称性および場の再定義技術を用いてヒッグス系を簡略化し、SMに類似したヒッグス状態を分離する。
• デカップリング限界における最も軽いヒッグス状態のゲージボソンおよびフェルミオンへの有効結合を導出する。
• 将来の加速器におけるヒッグス信号強度および発見可能性に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非最小ヒッグス系がデカップリング限界に入るために満たすべき条件は何か？
• RQ2 二重ヒッグスダブルレット模型における最も軽いヒッグス状態の結合定数は、デカップリング限界において標準模型ヒッグスボソンのそれとどのように異なるか？
• RQ3 すべての重いヒッグス状態がデカップリングされた状態で、非最小ヒッグス系の実験的シグネイチャは何か？
• RQ4 将来の加速器は、ヒッグス信号測定に基づいて、デカップリングされた二重ヒッグスダブルレット模型を標準模型から区別できるか？
• RQ5 デカップリングレジームにおける非最小ヒッグス系の検出における現象論的課題は何か？

主な発見

• デカップリング限界において、最も軽い電荷なしCP偶性ヒッグスボソンは、標準模型ヒッグスボソンと同一の結合定数を有する。
• モデル内の他のすべてのヒッグス状態は非常に重くなり、低エネルギー過程からデカップリングする。
• デカップリング限界は、ヒッグスダブルレット間の混合が物理的スペクトルにおいて消えるように、真空期待値およびヒッグスポテンシャルパラメータを調整することで達成される。
• モデルのヒッグス系は、低エネルギーで標準模型ヒッグス系に還元され、デカップリングレジームでは実験的に区別不能になる。
• この限界において非最小ヒッグス系を検出するには、ヒッグス結合定数およびレア崩壊モードの高精度測定が必要となる。
• 本稿は、将来の加速器においてこのようなモデルを同定することは、最も支配的であるヒッグス状態のSMに類似した振る舞いのため、極めて困難であると結論づける。