[論文レビュー] Sphaleron And Critical bubble in a scale invariant model : ReAnalysis

Kaori Fuyuto, Eibun Senaha|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2015

Oceanographic and Atmospheric Processes被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、熱的再結合を含む有限温度1ループ有効ポテンシャルを用いたスケール不変な2ヒッグスダブルレットモデル（SI-2HDM）における電弱相転移（EWPT）を再分析している。125 GeVのヒッグス粒子質量が、スカラーボソンの分離（v_N/T_N > 1.2）を保証する強力な一次相転移を必然的に引き起こし、将来のLHCおよびILC実験で検出可能な、二重光子への崩壊断面積が10%低下し、三ヒッグス相互作用カップリングが82%増加することを示している。

ABSTRACT

We revisit the electroweak phase transition and the critical bubble in the scale invariant two Higgs doublet model in the light of recent LHC data. Moreover, the sphaleron decoupling condition is newly evaluated in this model. The analysis is done by using the resumed finite-temperature one-loop effective potential. It is found that the 125 GeV Higgs boson inevitably leads to the strong first-order electroweak phase transition, and the strength of which is always large enough to satisfy the sphaleron decoupling condition, $v_N/T_N > 1.2$, where $T_N$ denotes a nucleation temperature and $v_N$ is the Higgs vacuum expectation value at $T_N$. In this model, even if the Higgs boson couplings to gauge bosons and fermions are similar to the standard model values, the signal strength of the Higgs decay to two photons is reduced by 10% and the triple Higgs boson coupling is enhanced by 82% compared to the standard model prediction.

研究の動機と目的

• 最新のLHCデータを用いて、スケール不変な2ヒッグスダブルレットモデル（SI-2HDM）における電弱相転移（EWPT）を再評価すること。
• 125 GeVのヒッグス粒子質量が、電弱ビアジェネシスを支えるのに十分な強力な一次相転移を引き起こすかどうかを評価すること。
• 再結合された有限温度有効ポテンシャルを用いて、スカラーボソン分離条件（v_N/T_N > 1.2）および臨界バブルの性質を計算すること。
• 特に光子へのヒッグスカップリングと三ヒッグスカップリングの偏差を、標準模型の予測と比較して定量すること。
• モデルのUVカットオフスケールを評価し、将来のコライダー実験における物性的妥当性を検討すること。

提案手法

• 熱的補正を考慮するため、デイジー再結合を含む有限温度1ループ有効ポテンシャルを用いる。
• 1ループの相互作用を用いた重正化群方程式（RGEs）を用いて、モデルのUVカットオフスケール（Λ）を決定する。
• パラメータ空間を制限するために、ヒッグス粒子質量が125.09 GeVに固定されている条件を課す。
• 核化温度T_Nにおける比v_N/T_Nを用いて、スカラーボソン分離条件を評価する。
• 重ヒッグス状態からのループ補正を用いて、ヒッグス粒子カップリング（κ_V, κ_f, μ_γγ, Δλ_hhh）を標準模型と比較して計算する。
• バブルウォールのプロファイルと臨界バブルエネルギーを評価し、冷却遅れと相転移の強度を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SI-2HDMにおける125 GeVのヒッグス粒子質量は、強力な一次相転移を引き起こすか？
• RQ2 このモデルにおいて、スカラーボソン分離条件（v_N/T_N > 1.2）は満たされており、バリオン数破れが抑制されるか？
• RQ3 ヒッグス粒子の光子へのカップリングと三ヒッグスカップリングは、標準模型の予測からどの程度ずれるか？
• RQ4 SI-2HDMのUVカットオフスケール（Λ）は何か？ また、有効場理論としての一貫性は保たれるか？
• RQ5 臨界バブルの性質（エネルギー、ウォール幅など）は、MSSMと比較してどう異なるか？ そして、ビアジェネシスにどのような意味を持つのか？

主な発見

• SI-2HDMにおける125 GeVのヒッグス粒子質量は、必然的に強力な一次相転移を引き起こす。
• 核化温度におけるスカラーボソン分離条件は満たされており、v_N/T_N = 2.94と高く、1.2の閾値をはるかに上回っている。
• 二重光子崩壊モードのヒッグス信号強度は、標準模型の予測と比較して10%低下している。
• 重ヒッグスループの非分離効果により、三ヒッグスボソンカップリングは標準模型と比較して82.1%増加している。
• 臨界バブルエネルギー/温度比はE_cb(T_N)/T_N = 151.7であり、約15%の顕著な冷却遅れを示している。
• UVカットオフスケールはtanβ = 1の場合にΛ = 6.3 TeVと求められ、相対的に低いエネルギースケールでの有効性を示しており、UV完備化が求められる。