[論文レビュー] On the origin of Z(2) symmetry in the Two-Higgs Doublet extension of the SM

C.D. Froggatt, R. Nevzorov+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、非超対称的2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）における多重点原理（MPP）が、高エネルギー スケール Λ において自然に近似的な U(1) および Z(2) 対称性を生じさせることを提案している。これにより、フレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）およびCP対称性の破れが抑制される。Λ ≳ 10^10 GeV のとき、高エネルギー スケール Λ 付近の準固定点における整合性のある重力場の流れにより、最小のCP偶性ヒッグスボソンの質量が125 GeV未満となる。一方、低いΛでは、ヒッグスボソンの質量が重くなり、トップクォークへの結合が強化される。

ABSTRACT

We argue that the consistent implementation of the multiple point principle (MPP) in the general non-supersymmetric two Higgs doublet model (2HDM) can lead to a set of approximate global custodial symmetries that ensure CP conservation in the Higgs sector and the absence of flavour changing neutral currents (FCNC) in the considered model. In particular the existence of a large set of degenerate vacua at some high energy scale $\Lambda$ caused by the MPP can result in approximate U(1) and Z(2) symmetries that suppress FCNC and CP--violating interactions in the 2HDM. We explore the renormalisation group (RG) flow of the Yukawa and Higgs couplings within the MPP inspired 2HDM with approximate custodial symmetries and show that the solutions of the RG equations are focused near quasi--fixed points at low energies if the MPP scale scale $\Lambda$ is relatively high. We study the Higgs spectrum and couplings near the quasi--fixed point at moderate values of $ an\beta$ and compute a theoretical upper bound on the lightest Higgs boson mass. If $\Lambda\gtrsim 10^{10} {GeV}$ the lightest CP--even Higgs boson is always lighter than $125 {GeV}$. When the MPP scale is low, the mass of the lightest Higgs particle can reach $180-220 {GeV}$ while its coupling to the top quark can be significantly larger than in the SM, resulting in the enhanced production of Higgs bosons at the LHC.

研究の動機と目的

• 2HDMにおけるZ(2)対称性の起源を多重点原理（MPP）によって説明すること。
• 高エネルギー スケール Λ におけるMPPによって誘導されるデュアリティの縮退した真空状態が、近似的なカスティドル対称性をどのように生じさせるかを調査すること。
• MPPに由来する条件の下で、ヤクバおよびヒッグス結合の摂動的重力場（RG）流れを分析すること。
• ヒッグススペクトルおよび結合定数に与える影響、特に最小のヒッグスボソン質量に与える影響を特定すること。
• 最小のCP偶性ヒッグスボソン質量に関する理論的上限を計算し、LHCにおける素粒子的特徴を同定すること。

提案手法

• 一般2HDMに多重点原理（MPP）を適用し、高エネルギー スケール Λ における複数の真空状態の縮退を強制する。
• Λ における縮退した真空状態が、近似的なU(1)およびZ(2)グローバル対称性を生じさせることを特定する。これにより、FCNCおよびCP対称性の破れが抑制される。
• Λ から電弱スケールまで、ヤクバおよびヒッグス結合の摂動的重力場（RG）の進化を検討する。
• Λ が大きい場合に、RGフローにおける準固定点を特定し、低エネルギーでの結合定数が安定化することを示す。
• 中程度の tanβ 値の近傍で、準固定点におけるヒッグス質量スペクトルおよび結合定数を計算する。
• MPPスケール Λ に基づいて、最小のCP偶性ヒッグスボソン質量に対する理論的上限を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多重点原理（MPP）は、2HDMにおいてどのように近似的なZ(2)およびU(1)対称性を生じさせるか？
• RQ2 MPPによって誘導される縮退した真空状態は、FCNCおよびCP対称性の破れを伴う相互作用にどのように影響を与えるか？
• RQ3 MPPスケール Λ が大きい場合、結合定数の摂動的重力場（RG）フローはどのように振る舞うか？
• RQ4 MPPに由来する2HDMにおける最小のCP偶性ヒッグスボソン質量の理論的上限は何か？
• RQ5 LHCにおけるヒッグスボソンの結合定数および生成断面積は、MPPスケール Λ の値にどのように依存するか？

主な発見

• MPPスケール Λ ≳ 10^10 GeV のとき、最小のCP偶性ヒッグスボソンは常に125 GeV未満の質量を持つ。
• 高エネルギー スケール Λ において、ヤクバおよびヒッグス結合のRGフローは準固定点付近に集中し、低エネルギーでのパラメータが安定化される。
• 低MPPスケール Λ の場合、最小のヒッグスボソン質量は180–220 GeVに達し、標準模型（SM）よりも顕著に重くなる。
• 低Λの状況では、最小のヒッグスボソンのトップクォークへの結合定数が、SMと比較して顕著に強化される。
• 低Λ状況におけるトップクォーク結合定数の強化は、LHCにおけるヒッグスボソン生成断面積の増加を引き起こす。
• MPPに由来する近似的なZ(2)対称性は、ヒッグス系におけるCP保存およびFCNCの抑制を保証する。