[論文レビュー] Tree-level metastability bounds in two-Higgs doublet models

A. Barroso, P. M. Ferreira+2 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2013

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）における木レベルの不安定性を避けるための解析的条件——特にZ₂対称性をもつスカラー自己エネルギーにおける正の判別式D——を導出している。これにより、より深い偽真空中の存在を防げる。研究では、特にHiggs信号強度測定（Rγγ、RVBF、Rττ）からのLHCデータが、タイプI 2HDMでは多くの偽真空中の状況をすでに除外していることが示され、タイプII 2HDMでは、不安定な真空中が存在してもデータと整合的であることが判明している。

ABSTRACT

The two Higgs doublet model has a rich vacuum structure, including the possibility of existence of two Standard Model-like minima at tree-level. It is therefore possible that the universe's vacuum is metastable, and a deeper minimum exists. We present the analytical conditions one must demand of the potential's parameters to prevent that possibility, and analyse what the current LHC data tells us about the eventual existence of that second minimum.

研究の動機と目的

• Z₂対称性をもつ2HDMのスカラー自己エネルギーのパラメータに対して、木レベルでより深い偽真空中が存在しないように保証する解析的条件を特定すること。
• 現在のLHCデータが、Z₂対称性をもつ2HDMの最も一般的な変種において、このような不安定な真空中の存在と整合的であるかを評価すること。
• 観測されたヒッグスボソンの信号強度（Rγγ、RVBF、Rττ）が、偽真空中が存在しうるパラメータ領域を除外するか、あるいは除外する可能性があるかを評価すること。
• 2HDMフレームワーク内での標準模型に類似した真空中の長期的安定性に、真空中不安定性が与える影響を明らかにすること。
• 真空中不安定性の木レベルの安定性と量子修正の役割の違いを明確にし、木レベルの境界を第一歩として重要視すること。

提案手法

• Z₂対称性をもつ2HDMのスカラー自己エネルギーから、第二のより深い最小値が存在するかを解析的に判断するための判別式Dを導出する。
• スカラー自己エネルギーの最小化条件を用いて、通常の真中、電荷対称性破れ真中、CP対称性破れ真中の静的点を特定する。
• D > 0 である条件を、より深い通常の最小値が存在しないことを保証する十分条件として適用し、木レベルでの真空中安定性を保証する。
• 2HDMのパラメータ空間をスキャンし、D > 0（安定）およびD < 0（偽真空中の可能性あり）の領域を特定する。
• 得られたパラメータ点を、LHCによるHiggs信号強度測定（Rγγ：グルーオン融合、RVBF：ベクトルボソン融合、Rττ：二光子およびタウ崩壊モード）と比較する。
• ATLASの1σおよび2σ実験的楕円体を用いて、どの偽真空中解が現在のデータと整合的であるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2HDMのスカラー自己エネルギーのパラメータに対して、木レベルでより深い偽真空中が存在しないことを保証する解析的条件は何か？
• RQ2 現在のLHCによるHiggs信号強度測定が、偽真空中が存在しうるパラメータ空間をどの程度制約するか？
• RQ3 タイプIおよびタイプII 2HDMにおける偽真空中解は、既存のLHCデータによってどの程度除外されるか？特にRγγ–RVBFおよびRττ–Rγγ平面において。
• RQ4 偽真空中を引き起こすパラメータは、観測されたHiggs結合定数と整合的であるか、それともすでに実験的制約によって除外されているか？
• RQ5 木レベルの不安定性条件は、真空中安定性における量子修正の役割と比べて、どのように異なるか？

主な発見

• Z₂対称性をもつ2HDMにおいて、スカラー自己エネルギーにおける正の判別式Dは、より深い偽真空中の存在を排除する十分条件である。
• タイプI 2HDMでは、現在のLHCデータ（1σおよび2σ）により、多くの偽真空中解が除外され、特にRγγとRττの測定を組み合わせた場合に顕著である。
• タイプII 2HDMでは、Rγγ–RVBF平面において、偽真空中を含むパラメータ空間の大部分が1σ LHCデータと整合的である。
• LHCデータと整合的な偽真空中解は、物理的でないか、極めて不自然な領域に位置しておらず、真空中不安定性が現実的でかつ非自明な懸念であることを示している。
• スキャンされたパラメータ点の多くにおいて、偽真空中の寿命は宇宙の年齢よりもはるかに短く、もしそのような真空中が存在すればすでに崩壊しているはずである。したがって、物理的根拠から、このような点は除外されるべきである。
• RγγおよびRZZが1に非常に近い正確な測定がなされれば、2HDMにおける偽真空中の可能性を排除するのに十分である。