[論文レビュー] The Two Higgs Doublet Model and the Multiple Point Principle

C.D. Froggatt, Л. В. Лаперашвили+3 more|ArXiv.org|Dec 22, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、2HDMに複数の真空が存在する場合に、それらの真空エネルギー密度が等しくなるように自然が結合定数を選択すると仮定する多重点原理（MPP）を適用する。具体的には、電弱真空とプランクスケール付近の高エネルギー真空の両方がデゲネレートしていると想定する。MPPの条件により、CP保存の相互作用項が得られ、フレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）は存在せず、ヒッグススケールが階層的になる。特に、tanβが大きい場合、プランクスケールにおける最も軽いヒッグスボソンの質量は137±12 GeVに制約される。

ABSTRACT

According to the multiple point principle, Nature adjusts coupling parameters so that many vacuum states exist and each has approximately zero vacuum energy density. We apply this principle to the general two-Higgs doublet extension of the Standard Model, by requiring the existence of a large set of degenerate vacua at an energy scale much higher than the presently realized electroweak scale vacuum. It turns out that two scenarios are allowed. In the first scenario, a CP conserving Higgs potential and the absence of flavour changing neutral currents are obtained without fine-tuning. In the second scenario, the photon becomes massive in the high scale vacua. We briefly discuss the resulting phenomenology.

研究の動機と目的

• 対称性を仮定しない一般の2HDMに多重点原理（MPP）を適用すること。
• MPPが、微調整を必要とせず、フレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）を自然に抑制できるかを検討すること。
• 電弱真空と高エネルギー真空の間で真空エネルギー密度が等しくなるようにするMPPの条件を導出すること。
• MPPの制約下でのヒッグス質量スペクトルを予測すること、特にtanβが大きい極限での挙動に注目すること。

提案手法

• 2つのヒッグスダブルレットに対して、10個の独立した結合定数を持つ、一般のローレンツ不変なSU(2)×U(1)ゲージ不変なヒッグスポテンシャルを定式化する。
• 有効結合定数がヒッグス場のノルムΦ² = |H₁|² + |H₂|²にのみ依存すると仮定し、反相関群の進化を可能にする。
• MPPを適用し、電弱真空（v ≈ 246 GeV）と高エネルギー真空（Φ ≈ M_Pl）の間で真空エネルギー密度が等しくなるように条件を課す。
• スケールΛにおいて、λ₅(Λ) = λ₆(Λ) = λ₇(Λ) = βλ₅(Λ) = βλ₆(Λ) = βλ₇(Λ) = 0 および λ̃(Λ) = βλ̃(Λ) = 0 とすることでMPP条件を導出し、CP不変性とFCNCの不在を保証する。
• ポテンシャルがエネルギー範囲全域で下界に有界であることを保証するため、安定性条件（19）を課す。
• 10 TeVからM_Plまでのスケールにわたるヒッグススペクトルに対するMPP制約の数値的解析を実施し、特にtanβが大きい場合に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多重点原理は、微調整を必要とせず、2HDMにおけるCP保存のヒッグスポテンシャルを自然に導くことができるか？
• RQ2 MPPの条件は、明示的なZ₂対称性を仮定しなくても、2HDMにおけるフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）を抑制するか？
• RQ3 特にプランクスケールにおいて、MPPの制約下で予測されるヒッグスボソンの質量は何か？
• RQ4 MPPの条件は、大規模なtanβ領域におけるヒッグス自己結合定数および最も軽いヒッグスボソンの質量にどのように制約を加えるか？
• RQ5 MPPの条件は、将来のコライダーでのヒッグス結合定数および質量の測定によってテスト可能か？

主な発見

• スケールΛにおけるMPP条件 λ₅(Λ) = λ₆(Λ) = λ₇(Λ) = βλ₅(Λ) = βλ₆(Λ) = βλ₇(Λ) = 0 は、CP不変性とソフトに破れたZ₂対称性を実現し、微調整を必要とせずFCNCを排除する。
• さらに、スケールΛにおける追加のMPP条件 λ̃(Λ) = βλ̃(Λ) = 0 は、非ゼロのヒッグス自己結合定数の間で2つの独立した関係式を提供する。これらの関係式は、将来のコライダーでテスト可能である。
• tanβが大きく、Λ = M_Plの場合、最も軽いヒッグスボソンの質量は137±12 GeVに予測される。MPPスケールが大きくなるほど、この制約はさらに厳しくなる。
• tanβが非常に大きい極限では、重いスカラー、ペシューダスカラー、およびチャージドヒッグスボソンは、300 GeVを超える質量でほぼ degenerate になる。
• 非常に大きなtanβ ≈ m_t(M_t)/m_b(M_t) においては、λ₂(Λ)に対する制約が緩和されるため、Λ = M_Plにおける最も軽いヒッグスボソンの質量上限は180 GeVにまで上昇する。
• MPPの条件は、ソフトSUSY破れ項を無視した場合、最小限の超対称標準模型（MSSM）において高エネルギー域で恒等的に満たされる。これは、MPPと超対称性の間のより深い関係を示唆している。