[論文レビュー] The Higgs as a harbinger of flavor symmetry

Gautam Bhattacharyya, Heinrich Päs+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、質量階層とフラバー混合を安定化する3つの$SU(2)$スカラー二重項を備えた$S_3$フラバー対称性モデルを提案する。このモデルは、特異なヒッグス崩壊モードを生じさせ、LHCで検出可能である可能性がある。スカラー・ポテンシャルの最小化により、$h \to \phi\phi$のような特徴的なヒッグス崩壊が予測される。これは、標準模型を越えたフラバー対称性の直接的なプローブを提供する。

ABSTRACT

Discrete symmetries employed to explain flavor mixing and mass hierarchies are often associated with an enlarged scalar sector which might lead to exotic Higgs decay modes. In this paper, we explore such a possibility in a scenario with $S_3$ flavor symmetry which requires three scalar $SU(2)$ doublets. The spectrum is fixed by minimizing the scalar potential, and we observe that the symmetry of the model leads to tantalizing Higgs decay modes potentially observable at the CERN Large Hadron Collider (LHC).

研究の動機と目的

• 離散的$S_3$フラバー対称性を用いて、フラバー混合およびフェルミオン質量階層を説明すること。
• 標準模型ヒッグス二重項を超えたスカラー・セクターの拡張が及える影響を調査すること。
• このようなモデルがLHCで観測可能なヒッグス崩壊モードを予測するかどうかを特定すること。
• スカラー・ポテンシャルの最小化を分析して、物理的スケーリングと結合定数を固定すること。
• フラバー対称性の破れに起因する新しい物理のシグネチャを同定すること。

提案手法

• フラバー構造を制約するため、3つの$SU(2)$スカラー二重項を有する$S_3$フラバー対称性を実装する。
• $S_3$に不変なスカラー・ポテンシャルを構築し、それを最小化して真空構造を特定する。
• スカラー質量行列を対角化して、物理的ヒッグス状態（標準模型に類似したヒッグス粒子を含む）を同定する。
• ヒッグス粒子が特異なスカラー最終状態（例：$h \to \phi\phi$）に崩壊する分支比を計算する。
• 理論的断面積推定を用いて、CERN大型ハドロン衝突型加速器（LHC）におけるこれらの特異な崩壊の検出可能性を評価する。
• 群論的手法を用いてスカラー表現を分類し、フラバー混合パターンと整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3つのスカラー二重項を有する$S_3$フラバー対称性を導入した場合の物性的結果は何か？
• RQ2 スカラー・ポテンシャルと真空整列がヒッグスセクターのスペクトルに及える制約は何か？
• RQ3 このモデルが予測する特異なヒッグス崩壊モードは何か？ そして、標準模型の期待とはどのように異なるか？
• RQ4 現在または近い将来の光度で、これらの特異な崩壊がLHCで観測可能か？
• RQ5 スカラー・ポテンシャルの最小化が物理的質量および結合定数を固定する役割は何か？

主な発見

• $S_3$フラバー対称性と3つのスカラー二重項は、安定した真空配置を生じさせ、スカラー質量スペクトルを固定する。
• このモデルは、$\phi$を新しいスカラー状態（拡張されたヒッグスセクターに由来）とするような特異なヒッグス崩壊モード（例：$h \to \phi\phi$）を予測する。
• これらの特異な崩壊は、$S_3$対称性の破れに起因する、標準模型ヒッグスと追加のスカラー二重項との混合に起因する。
• 特異な崩壊の分支比は非可視的であり、ヒッグス粒子と新しいスカラーの質量差に依存して、LHCで観測可能である可能性がある。
• このモデルは、微調整を必要とせず、ヒッグスセクターとフェルミオン質量の起源を結びつける自然なフレームワークを提供する。
• 複数のスカラー二重項と対称性構造のおかげで、標準模型を超えた豊かなヒッグス物性が生じる。