[論文レビュー] S(3) flavoured Higgs model trilinear self-couplings

E. Barradas-Guevara, O. Félix-Beltrán+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2014

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、3つのSU(2) ヒッグス二重項をもつ標準模型の最小S(3)-不変拡張における三線形ヒッグス自己結合を解析的フレームワークで提示する。物理的ヒッグス粒子の質量およびすべての三線形結合定数を、ヒッグスポテンシャルのパラメータ、スカラー混合角$ heta_S$、および charged ヒッグス混合パラメータ$ heta_3$の関数として正確に導出する。特に、125 GeVに固定された最も軽いヒッグス粒子質量において、標準模型の予測から顕著なずれを示す。

ABSTRACT

In this work, we analyze the Higgs sector of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model is performed. Considering three Higgs fields, which are SU(2) doublets, and CP invariant, we compute the exact and analytical physical Higgs boson masses in terms of the Higgs potential parameters and the scalar Higgs matrix rotation angle $θ_S$ and $w_3$ ($ anθ_P= anθ_C= an^{-1}ω_3$), related to the pseudoscalar and charged Higgs matrix rotation angles $θ_P$ and $θ_C$ respectively. Furthermore, within this model we can also write down in an explicit form the trilinear self-couplings $λ_{ijk}$ in terms of the Higgs masses and two free parameters, $θ_S$ and $w_3$. Moreover, we show that the Higgs masses and trilinear Higgs bosons self-couplings are closely linked to the Higgs potential structure given by the discrete symmetry $S(3)$, which can be helpful to distinguish this model from other extensions. In our analysis the lightest Higgs boson mass is taken to be fixed to 125 GeV. In concordance with the results reported in the literature for other Standard Model extensions, it find that the numerical values $λ_{ijk}$ of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model are significantly different from the trilinear Higgs self-coupling of the Standard Model.

研究の動機と目的

• 3つのSU(2) ヒッグス二重項をもつ標準模型の最小S(3)-不変拡張のヒッグス系を解析すること。
• ヒッグスポテンシャルのパラメータおよび混合角$ heta_S$、$ heta_3$の関数として、物理的ヒッグス粒子質量を解析的に導出すること。
• ヒッグス質量および2つの自由パラメータ$ heta_S$、$ heta_3$の関数として、すべての三線形ヒッグス自己結合定数$ heta_{ijk}$の明示的解析的表現を導出すること。
• ヒッグス質量および結合定数がS(3)離散対称性構造に一意に結びついていることを示し、他の拡張と区別できることを示すこと。
• 三線形結合定数を標準模型と比較し、非標準的挙動に整合する顕著なずれを示すこと。

提案手法

• モデルは、S(3)フレーバー群に従い、1つの単項式および1つの二重項表現に変換する3つのSU(2) ヒッグス二重項をもつ標準模型を拡張する。
• ヒッグスポテンシャルはCP不変かつS(3)対称性を持つように構築され、12×12の質量行列が解析的に対角化される。
• 物理的ヒッグス質量は10個の自由パラメータおよび真空期待値の関数として導出され、スカラー混合角$ heta_S$およびcharged ヒッグス混合パラメータ$ heta_3$に明示的な依存性を示す。
• 三線形自己結合定数$ heta_{ijk}$は、ヒッグス質量スペクトルおよび混合パラメータ$ heta_S$、$ heta_3$、およびポテンシャルパラメータを用いて閉じた形で計算される。
• $ heta_{ijk}$の式はスカラー・ポテンシャルから導出され、$ heta_S$および$ heta_3$の三角関数を含み、係数はポテンシャル結合定数に依存する。
• 実験的観測に一致させるために、最も軽いヒッグス粒子質量を125 GeVに固定し、標準模型との比較を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S(3)-不変3ヒッグス二重項模型における物理的ヒッグス質量は、ヒッグスポテンシャルのパラメータおよび混合角$ heta_S$、$ heta_3$にどのように依存するか？
• RQ2 この模型におけるすべての三線形ヒッグス自己結合定数$ heta_{ijk}$の明示的解析的表現は何か？
• RQ3 このS(3)-フレーバー模型における三線形結合定数は、標準模型とどのように定量的に異なるか？
• RQ4 S(3)離散対称性は、ヒッグスポテンシャルの構造およびそれによるヒッグス質量スペクトルにどの程度制限を加えるか？
• RQ5 この模型の三線形結合定数の予測は、標準模型やMSSM、2HDMなどの他の拡張と区別できるか？

主な発見

• 物理的ヒッグス質量は、ヒッグスポテンシャルのパラメータ、スカラー混合角$ heta_S$、およびcharged ヒッグス混合パラメータ$ heta_3$の関数として正確かつ解析的に表現され、最も軽いヒッグス粒子質量が125 GeVに固定されている。
• すべての三線形ヒッグス自己結合定数$ heta_{ijk}$は閉じた形で導出され、ヒッグス質量および2つの自由パラメータ$ heta_S$、$ heta_3$に明示的に依存し、結合定数の式に自由パラメータは残っていない。
• S(3)-不変模型における三線形結合定数$ heta_{ijk}$は、標準模型とは顕著に異なり、明確な物性的差異を示している。
• S(3)離散対称性によって強制されるヒッグスポテンシャルの構造は、特定で制限された質量および結合定数のパターンを生じさせ、他の多ヒッグス拡張とは区別可能である。
• この模型は、5つのCP偶性および2つのCP奇性の中性ヒッグス粒子に加え、4つのcharged ヒッグス状態を含む豊富なヒッグススペクトルを予測し、すべての質量および結合定数が解析的に決定されている。
• 結合定数の明示的解析的表現により、将来のLHC測定と直接比較可能であり、とりわけ高精度でのヒッグス自己結合のテストに適している。