[論文レビュー] The general Two-Higgs doublet eXtensions of the SM: a saucerful of secrets

J. Lorenzo Díaz-Cruz, J. H. Montes de+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、フレーバー変換を伴う中性Higgs相互作用（FCNSI）と、ヤクバイ係数およびヒッグスポテンシャルからの複数のCP違反源を組み込んだ、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM-X）の最も一般的な定式化を提示する。2HDM-Xを既知のモデル（I–IV）に体系的に還元し、テクスチャ制約による制御されたFCNSIを持つ新しいクラス（2HDM-V）を導入する一方で、将来のコライダーでの新しい物理を調べるためのプローブとして、衰えh → b̄cWにおけるCP非対称性を評価する。

ABSTRACT

We discuss the most general formulation of the Two-Higgs doublet model, which incorporates flavor changing neutral scalar interactions (FCNSI) and CP violation (CPV) from several sources. CP violation can arise either from Yukawa terms or from the Higgs potential, be it explicit or spontaneous. We show how the model, which is denoted as 2HDM-X, reduces to some versions known in the literature (2HDM-I,II,III), as well as some of their variants (top, lepton, dark) denoted here as 2HDM-IV. We also discuss another limit that includes CPV and Yukawa four textures to control FCNSI, which we denote as 2HDM-V. We evaluate the CPV asymmetry for the decay $h o bcW$, which may allow to test the patterns of FCNSI and CPV, that arises in these models.

研究の動機と目的

• すべての可能なフレーバー変換を伴う中性荷電色（FCNSI）およびCP違反の源を含む、2HDM-Xの最も一般的な定式化の統一的フレームワークの構築。
• 2HDM-Xを既知のモデル（2HDM-I, II, III, IV）に体系的に還元し、テクスチャ制御されたFCNSIと追加のCP違反位相を有する新しいクラス（2HDM-V）を定義すること。
• 一般モデルにおけるボソン的およびフェルミオン的セクターからのCP違反を示す不変量を同定すること。
• 将来のコライダー実験におけるFCNSIおよびCP違反のパターンをテストするための、衰えh → b̄cWにおけるCP非対称性の評価。

提案手法

• 低エネルギー制約と高エネルギーシグネチャを直接結びつけるために、ヒッグス質量固有状態基底で2HDM-Xを定式化する。
• 上クォークおよびダウンクォークに対して任意の2×2行列を用いた一般ヤクバイ構造を導入し、任意のFCNSIおよびCP違反位相を許容する。
• ヤクバイおよびヒッグスポテンシャルから導かれる不変量を用いて、CP奇およびCP偶成分を分類し、CP違反の源を同定する。
• テクスチャに基づくアプローチ（例：4テクスチャモデル）を用いてFCNSIを抑制しつつ、CP違反位相を維持する。
• 有効場理論的手法およびループレベルの振幅を用いて、衰えh → b̄cWにおけるCP非対称性を導出する。
• モデルパラメータの関数として非対称性を評価し、FCNSIおよびCP違反位相への感受性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDM-Xを、すべてのFCNSIおよびCP違反源を含む最も一般的に定式化する方法は何か？
• RQ2 2HDM-Xはどのような極限において、2HDM-I, II, III, IVといった既知のモデルに還元され、それらはどのように区別されるか？
• RQ3 一般モデルにおけるヤクバイおよびヒッグスポテンシャルセクターからのCP違反を示す不変量は何か？
• RQ4 2HDM-XにおけるFCNSIおよびCP違反位相の構造に依存して、衰えh → b̄cWにおけるCP非対称性はどのように変化するか？
• RQ5 衰えh → b̄cWの崩壊は、将来のコライダーにおいて、異なるFCNSIおよびCP違反のパターンを区別するための実用的プローブとして有効か？

主な発見

• 一般2HDM-Xモデルは、既知のすべての2HDM変種（I–IV）を統合し、テクスチャ制御されたFCNSIと追加のCP違反位相を有する新しいクラス（2HDM-V）を導入する。
• このモデルは、フェルミオン的およびボソン的セクターからのCP違反を示すヤクバイおよびヒッグスポテンシャルパラメータの不変結合を同定する。
• 衰えh → b̄cWにおけるCP非対称性は、FCNSIとCP違反位相の相互作用に敏感であり、新しい物理を直接探査するための有効なプローブを提供する。
• 特にヤクバイおよびポテンシャルのCP位相が非ゼロである領域では、非対称性が観測可能なレベル（10−2〜10−1のオーダー）に達することがある。
• 衰えh → b̄cWは、非一様なカップリングおよびCP違反が存在する状況において、異なる2HDM変種を区別するためのユニークなシグネチャを提供する。
• 解析から、非対称性はヤクバイカップリングとヒッグスポテンシャルパラメータ間の相対位相に最も感受することが判明し、拡張されたヒッグス系におけるフレーバーおよびCP構造をテストする強力なツールであることが示された。