[논문 리뷰] CP violation and BSM Higgs bosons

Venus Keus|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 표준모형을 초월한 확장된 힉스 보다에서의 CP 위반(CPV)을 조사하며, 활성 및 관성 스칼라 이중체를 포함한 2HDM과 3HDM에 초점을 맞춘다. 2HDM에서의 CP 위반은 전기 dipole moment 실험에 의해 엄격히 제약을 받으며 암흑물질을 지지할 수 없지만, 관성 CP 위반 영역을 가진 3HDM은 타당한 암흑물질 후보와 무한정 확장 가능한 CP 위반을 허용하여 두 현상에 대해 일관된 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

We study extensions of the Standard Model (SM) in which copies of the SM scalar SU(2) doublet are added to the Higgs sector. These scalar doublets either acquire a Vacuum Expectation Value (VEV) and hence are active or do not develop a VEV and are inert. We consider CP-violation (CPV) in both the active and inert sector. As an example of a model with CPV in the active sector, we present a Type-I 2-Higgs-Doublet Model (2HDM) with two active doublets and show Large Hadron Collider (LHC) signals of such a scenario. The amount of CPV in this case is very limited due to constraints coming from Electric Dipole Moment experiments. Moreover, 2HDMs with only active doublets do not provide a Dark Matter (DM) candidate. As a result, we turn to 3-Higgs-Doublet Models (3HDMs) where unbounded CPV and viable DM candidates could be introduced simultaneously in the inert sector. We investigate DM phenomenology of such models.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 확장된 힉스 영역에서의 CP 위반을 탐구하기 위해.
• CP 위반과 암흑물질을 동시에 수용할 수 없는 2HDM의 한계를 다루기 위해.
• 관성 영역에서 CP 위반과 암흑물질 후보가 공존하는 3히긴스-이중체 모형(3HDM)을 구축하기 위해.
• 이러한 모형의 LHC 신호와 현상학적 타당성을 분석하기 위해.

제안 방법

• CP 위반을 연구하기 위해 활성 이중체 두 개를 포함한 타입-I 2히긴스-이중체 모형(2HDM)을 구축하기 위해.
• 활성 영역에서의 CP 위반을 제약하기 위해 전기 dipole moment(EDM) 실험의 결과를 적용하기 위해.
• 암흑물질 후보를 제공하기 위해 3HDM에 관성 스칼라 이중체 영역을 도입하기 위해.
• 관성 영역의 안정성을 확보하고 CP 위반 상호작용을 가능하게 하기 위해 질량 순서 m_S1 ≈ m_S3 ≪ m_S2 를 사용하기 위해.
• 관성 이중체의 현상학을 분석하기 위해, 암흑물질의 잔류 밀도와 직접 탐지 제약 조건을 포함하기 위해.
• 2HDM 및 3HDM 프레임워크에서 확장된 힉스 영역으로 인해 발생하는 LHC 신호를 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관성 이중체를 포함한 3HDM의 힉스 영역에서 CP 위반이 일관되게 실현될 수 있는가?
• RQ2 CP 위반 활성 이중체를 가진 2HDM에서의 타당한 LHC 신호는 무엇인가?
• RQ3 3HDM의 관성 영역은 어떻게 안정된 암흑물질 후보를 지지하면서도 CP 위반을 허용하는가?
• RQ4 전기 dipole moment 측정으로부터 활성 영역에서의 CP 위반에 대한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ5 CP 위반 관성 영역과 타당한 암흑물질 후보를 모두 가진 3HDM은 현상학적으로 타당한가?

주요 결과

• 활성 이중체만을 포함한 2HDM에서의 CP 위반은 전기 dipole moment 실험에 의해 심각하게 제약을 받으며, 그 현상학적 적용 범위가 제한된다.
• 활성 이중체만을 포함한 2HDM은 안정된 중성 상태가 없기 때문에 타당한 암흑물질 후보를 제공할 수 없다.
• 관성 이중체 영역을 가진 3HDM은 관성 영역에서 무한정 확장 가능한 CP 위반을 허용하며, EDM 제약 조건을 피할 수 있다.
• 질량 순서 m_S1 ≈ m_S3 ≪ m_S2 는 관성 영역을 안정화시키고 타당한 암흑물질 후보를 가능하게 한다.
• 모형은 전기약력 스케일 근처의 질량을 가진 암흑물질 후보를 지지하며, 잔류 밀도와 직접 탐지 제약 조건과 일치한다.
• 2HDM 시나리오에서는 CP 위반 제약 조건으로 인해 LHC 신호가 제한되지만, 3HDM 프레임워크는 CP 위반 관성 상호작용 덕분에 더 풍부한 현상학을 제공한다.