[論文レビュー] Phenomenological analysis of the Two Higgs Doublet Model

Rodolfo A. Díaz|ArXiv.org|Dec 16, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 15

ひとこと要約

2HDMにおける事象的分析では、フレーバー変換中性荷電現在（FCNCs）、ヒッグス粒子質量、およびヤクバイ係数が、さまざまなパrametrizationとベンチマークシナリオにおいて体系的に分析されている。この研究では、物理的観測量（たとえば、タドポールやヒッグス質量）が基底変換に対して不変であることが確認され、2HDMフレームワークの再パラメータ化下での一貫性が裏付けられている。主な結果は、解析的証明と、tanβ、mA⁰、およびμτ結合定数といったパラメータの数値的等高線プロットから得られている。

ABSTRACT

The Two Higgs Doublet model and its phenomenological implications are discussed. A brief survey on the present status of this model is given. In particular, we concentrate on the Two Higgs Doublet Model with Flavor Changing Neutral Currents. First, we develop some new parametrizations of the 2HDM type III, in such a way that the relation of it with models type I and type II become apparent. Based on this parametrization we get some bounds on the mixing vertex involving the second and third lepton generations, and lower bounds on the mass of the pseudoscalar Higgs boson. Further, by using a parametrization in which one of the vacuum expectation values vanishes, we constrain some lepton flavor violating vertices, based on the $g-2 $muon factor and some lepton flavor violating decays. Moreover, upper limits on the decay widths of $τ o eγ, $and $τ o eee $are calculated, finding them to stay far from the reach of near future experiments. On the other hand, as an addendum to this work, we study the production and decays of top squarks at the Tevatron collider in models of low-energy supersymmetry breaking. We consider that the lightest Standard Model superpartner is a light neutralino that predominantly decays into a photon and a light gravitino, and that the lighter stop is the next-to-lightest Standard Model superpartner. For a modest projection of the final Tevatron luminosity, $L\simeq 4$ fb$^{-1}$, stop masses of order 300 GeV are accessible. We also consider the production and decay of ten degenerate squarks, and we find that common squark masses up to 360 GeV are easily accessible, and that the reach increases further if the gluino is light.

研究の動機と目的

• さまざまな理論的および実験的制約下における2Higgs二重項モデル（2HDM）の事象的妥当性を調査すること。
• 2HDMにおけるフレーバー変換中性荷電現在（FCNCs）の役割と、それらの抑制メカニズムを分析すること。
• 2HDMにおける基底変換に対して物理的観測量（たとえば、タドポールやヒッグス質量）が不変であることを検証すること。
• μτ結合定数、tanβ、およびmA⁰といった主要な観測量の等高線プロットを用いて、2HDMのパラメータ空間を調査すること。
• タイプII、フェルミオフィール的、デカップリング極限などの異なるパラメータ化を比較し、それらの事象的含意を評価すること。

提案手法

• スカラー系の整合性を保つために、明示的なC対称性を伴う2HDMにおけるヒッグスポテンシャル、ヤクバイラグランジアン、および運動項を導出する。
• 2つのパラメータ化の間で一般基底変換（角度θによる回転）を適用し、$ v' = R(\theta) v $ を用いて真空期待値（VEV）を関連付けることで、基底不変性を検証する。
• 最小条件と質量行列形式を用いて、ヒッグス粒子質量の式を導出し、固有値および行列式が基底変更に対して不変であることを検証する。
• タドポールおよび質量行列の不変性を証明するため、異なる基底におけるパラメータ（たとえば、$ \tilde{\mu}_i^2, \tilde{\lambda}_i $）の間の解析的関係を構築する。
• 5つの異なるベンチマークケースについて、$ \xi_{\tau\tau}-m_{A^0} $、$ \xi_{\mu\mu}-m_{A^0} $、$ \tan\beta-m_{A^0} $、および$ m_{A^0}-m_{H^0} $ 平面における数値的解析を等高線プロットを用いて実施する。
• パラメータ$ m_{h^0}, m_{H^0}, \tan\beta $、および$ \alpha' $ を変化させたときの、許容可能なパラメータ空間への影響を評価し、特にフレーバー破れ結合の代理としての$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレーバー変換中性荷電現在（FCNCs）は2Higgs二重項モデル（2HDM）においてどのように現れるのか。また、それらを抑制する制約条件は何か。
• RQ2 2HDMにおける物理的観測量（ヒッグス質量やタドポールなど）は、どの程度基底変換に対して不変であるか。
• RQ3 異なるパラメータ化とベンチマークシナリオ下で、$ m_{A^0} $、$ \tan\beta $、および$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ の妥当なパラメータ領域は何か。
• RQ4 デカップリング極限およびフェルミオフィール的極限は、2HDMの事象的性質にどのように影響を与えるか。
• RQ5 $ m_{h^0} $、$ m_{H^0} $、および$ \alpha' $ を変化させた場合、$ m_{A^0} $ および$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ の許容可能なパラメータ空間にどのような影響があるか。

主な発見

• ヒッグス粒子質量（$ m_{h^0} $、$ m_{H^0} $、$ m_{A^0} $）は、両パラメータ化において同一の固有値および行列式が得られることから、基底変換に対して不変であることが確認された。
• タドポールは基底回転に対しても保存され、$ \mu_i^2 $ と$ \tilde{\mu}_i^2 $、$ \lambda_i $ と$ \tilde{\lambda}_i $ の間の明示的関係が得られ、パラメータ化間での整合性が保証された。
• $ \xi_{\tau\tau}-m_{A^0} $ および$ \xi_{\mu\mu}-m_{A^0} $ 平面における等高線プロットでは、5つのベンチマークケースごとに明確に分離された許容領域が得られ、ケース5（$ \xi_{\tau\tau} $ が大きい）では最も厳しい制約が得られた。
• $ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ については、$ \tan\beta $ に強く依存する。$ \tan\beta = 30 $ の場合、$ \tan\beta = 0.1 $ の場合よりも制約がきつくなり、特にパラメータ化IIではより強い制約が示された。
• $ m_{A^0}-\tan\beta $ 平面では、$ \xi_{\mu\tau} $ を $ 2.5 \times 10^{-2} $ から $ 2.5 \times 10^{-3} $ に減少させると、特に$ m_{h^0} $ が小さい場合に許容領域が著しく縮小する。
• $ m_{A^0}-m_{H^0} $ の等高線プロットでは、$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ を固定した場合、$ m_{A^0} $ に下限が存在することが示された。特に$ m_{h^0} = 115 $ GeV に固定した場合、$ m_{h^0} = m_{H^0} $ の場合に比べて、その下限が大きくなる。