[논문 리뷰] CP breaking in $S(3)$ flavoured Higgs model

E. Barradas-Guevara, O. Félix-Beltrán외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 세 개의 힉스 두중우를 가진 표준모형의 $S(3)$ 대칭 확장에서, 단일 힉스 필드 $H_S$ 에 의해 발생하는 자발적 CP 위반을 조사한다. 이 모형은 아홉 개의 물리적 힉스 보손과 세 개의 골드스톤 보손을 예측하며, 수치적 분석을 통해 125 GeV의 힉스 보손($H_1^0$)이 질량과 자기상호작용에서 표준모형의 힉스 보손과 일치하는 타당한 시나리오가 존재함을 확인한다. 이 시나리오에서 CP 위반은 $S(3)$-불변 힉스 섹터 내에서 복소수 진공 기대값을 통해 발생한다.

ABSTRACT

We analyze the Higgs sector of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model including CP violation arising from the spontaneous electroweak symmetry breaking. This extended Higgs sector includes three SU(2) doublets Higgs fields with complex vev's providing an interesting scenario to analyze the Higgs masses spectrum, trilinear Higgs self-couplings and CP violation. We present how the spontaneous electroweak symmetry breaking coming from three $S(3)$ Higgs fields gives an interesting scenario with nine physical Higgs and three Goldstone bosons when spontaneous CP violation arises from the Higgs field $S(3)$ singlet $H_S$. Furthermore, a numerical analysis of the Higgs masses and trilinear Higgs self-couplings is presented. Particularly, we find a physical solution for the scenario in which spontaneous CPB is provided by $H_S$. In this scheme, the scalar Higgs $H^0_1$ is identified, whose mass is 125 GeV and $λ_{H_{1}^0 H_{1}^0 H_{1}^0} \sim λ_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$.

연구 동기 및 목표

• 세 개의 SU(2) 두중우 힉스 필드를 가진 표준모형의 $S(3)$-불변 확장의 힉스 섹터를 탐색하기 위해.
• 특히 $S(3)$ 단일 필드 힉스 필드 $H_S$ 에 의해 유도될 경우, 이 모형에서 자발적 CP 위반의 기원과 영향을 조사하기 위해.
• CP 위반 진공 구성에서 물리적 힉스 질량 스펙트럼과 삼중자 자기상호작용을 결정하기 위해.
• 관측된 125 GeV 힉스 보손이 CP-짝성의 가장 가벼운 스칼라 $H_1^0$ 와 표준모형 유사 결합을 가지는 타당한 시나리오를 식별하기 위해.

제안 방법

• 게이지 불변성과 재정규화 가능성을 유지하면서, 세 개의 SU(2) 두중우와 하나의 단일 필드 $H_S$ 를 포함하는 최소한의 $S(3)$-불변 힉스 포텐셜을 구성하기 위해.
• 특히 $H_S$ 에서 기인하는 자발적 CP 위반을 유도하기 위해 힉스 필드에 복소수 진공 기대값을 도입하기 위해.
• 진공 주변에서 전체 스칼라 포텐셜과 그 두 번째 도함수를 사용하여, 전하 및 중성 힉스 보손의 질량 행렬을 유도하기 위해.
• 수치적으로 유도된 질량 행렬을 대각화하여 물리적 힉스 질량을 추출하고, 세 가지의 별개의 진공 시나리오에서 스펙트럼을 분석하기 위해.
• 가장 가벼운 힉스 보손의 삼중자 자기상호작용을 표준모형 힉스 보손의 것과 비교하여 LHC 데이터와의 호환성을 평가하기 위해.
• 파arameter들에 대한 수치적 스캔을 수행하여, $H_1^0$ 이 125 GeV의 질량을 가지며 $ ilde{ au}_{H_1^0 H_1^0 H_1^0} \sim \lambda_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$ 인 물리적 해를 식별하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세 개의 힉스 두중우와 하나의 단일 필드를 가진 $S(3)$-유형의 힉스 모형에서 자발적 CP 위반이 일관되게 생성될 수 있는가?
• RQ2 CP 위반이 $S(3)$ 단일 필드 $H_S$ 에 의해 발생할 경우, 그로 인해 유도되는 힉스 질량 스펙트럼은 어떠한가?
• RQ3 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손이 125 GeV의 질량과 표준모형과 일치하는 삼중자 자기상호작용을 가지는 물리적 해가 존재하는가?
• RQ4 이 확장된 모형 내에서 물리적 힉스 상태의 삼중자 결합은 표준모형의 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $S(3)$ 대칭은 진공을 안정화시키고, CP 위반을 포함한 타당한 힉스 섹터를 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 자발적 CP 위반이 $S(3)$ 단일 필드 $H_S$ 에 의해 유도될 경우, 이 모형은 아홉 개의 물리적 힉스 보손과 세 개의 골드스톤 보손을 예측하며, 힉스 메커니즘과 일관된다.
• 관측된 125 GeV 힉스 보손과 일치하는 타당한 물리적 해가 존재하며, 이 경우 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 $H_1^0$ 의 질량은 125 GeV이다.
• $H_1^0$ 의 삼중자 자기상호작용은 표준모형 힉스 보손의 것과 약간의 오차 범위 내에서 근사적으로 동일하며, $\lambda_{H_1^0 H_1^0 H_1^0} \sim \lambda_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$ 로 나타나 현재 데이터와 호환됨을 확인하였다.
• $H_S$ 가 CP 위반을 유도하는 시나리오에서, 전하 힉스 섹터는 두 쌍의 일치하는 질량을 가지며, 중성 섹터는 한 개의 질량이 0인 상태와 다섯 개의 질량이 있는 상태를 포함한다.
• 수치적 분석을 통해 $\gamma_2 \neq 0$ 이고 $\gamma_1 = \gamma_3 = 0$ 인 진공 구성이 일관된 CP 위반 진공과 안정된 힉스 스펙트럼을 제공함을 확인하였다.
• 이 모형은 자발적 CP 위반, 페르미온 질량 생성, 표준모형 유사 힉스 보손을 포함한 현실적인 힉스 섹터를 최소한의 $S(3)$ 대칭 프레임워크 내에서 실현한다.