[논문 리뷰] CP violation in the Standard Model with a complex singlet

Neda Darvishi, Maria Krawczyk|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 복소 스инг렛 힉스를 표준모형에 추가하여 자발적 CP 위반을 탐구한다. 그 결과, CP 위반 강도를 측정하는 자르스코 고정자( Jarlskog invariant)는 표준모형보다 크게 증가할 수 있지만, 전기 dipole moment(EDM)는 증가하지 않아 실험 제약 조건과 일치한다. 이 모형은 세 개의 중성 힉스 상태를 예측하며, 125 GeV 힉스는 주로 표준모형 이중체에서 유래하지만 스ิง렛과 혼합되어 있다.

ABSTRACT

CP violation of the Standard Model (SM) is insufficient to explain the baryon asymmetry in the Universe and therefore an additional source of CP violation is needed. Here we consider the extension of the SM by a neutral complex singlet and discuss the physical conditions for a spontaneous CP violation in such model. In the model there are three neutral Higgs particles. Assuming the lightest one to be the 125 GeV Higgs boson found at LHC we calculate masses of the additional Higgs scalars and perform a numerical study of the allowed region of parameters. The scenario according to which the SM-like Higgs particle comes mostly from the SM-like SU(2) doublet, with a small modification coming from the singlet, is in agreement with the newest $R_{\gamma \gamma}$ and precise EW (parameters S, T) data. We have found that the Jarlskog invariant, measuring the strength of the CP violation, can be enhanced as compared to the one in the SM, at the same time there is no corresponding enhancements expected for the Electric Dipole Moment (EDM).

연구 동기 및 목표

• 우주에서 관측된 양성자 비대칭을 설명하기 위해 부족한 표준모형 내 CP 위반을 해결하기 위해.
• 복소 스инг렛 확장이 타당한 힉스 보행에서 자발적 CP 위반을 생성할 수 있는지 조사하기 위해.
• 125 GeV 힉스 보손 데이터와 정밀 전자기 관측량(S, T)을 사용하여 모형의 매개변수 공간을 제약하기 위해.
• 스팅렛이 CP 위반 현상, 특히 자르스코 고정자와 전기 dipole moment(EDM)에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 관측 가능한 EDM 증가 없이도 강화된 CP 위반이 발생할 수 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 표준모형 힉스 보행에 복소 스팅렛 스칼라를 도입하여 세 개의 중성 힉스 상태 스펙트럼을 유도하기 위해.
• 자발적 CP 위반을 가능하게 하기 위해 복소 매개변수를 가진 스칼라 포텐셜을 구성하기 위해.
• 가장 가벼운 힉스 상태가 LHC에서 관측된 125 GeV 보손이 되도록 모형 매개변수를 제약하기 위해.
• R_{\gamma\gamma}와 S, T 정밀 전자기 데이터와 일치하는 영역을 찾기 위해 매개변수 공간에 대한 수치적 스캔을 수행하기 위해.
• CP 위반 강도를 정량화하기 위해 자르스코 고정자를 계산하고, 현상학적 타당성을 평가하기 위해 토퍼 쿼크와 중성자에 대한 전기 dipole moment(EDM)를 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에 복소 스팅렛을 추가하면 자발적 CP 위반을 위한 타당한 메커니즘이 생성될 수 있는가?
• RQ2 가장 가벼운 힉스가 125 GeV 상태인 경우, 추가 힉스 보손의 질량에 대한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 이 모형에서 자르스코 고정자는 표준모형에 비해 어느 정도 증가할 수 있는가?
• RQ4 CP 위반의 증가가 전기 dipole moment(EDM)의 상응하는 증가를 초래하는가? 이는 실험 제약 조건과 충돌하는가?
• RQ5 125 GeV 힉스가 주로 표준모형 유사 이중체 상태이며, 작은 스팅렛 혼합 성분을 가진 시나리오는 현재의 LHC 및 정밀 전자기 데이터와 일치하는가?

주요 결과

• 모형은 표준모형에 비해 자르스코 고정자를 크게 증가시킬 수 있으며, 이는 더 강한 CP 위반을 의미한다.
• CP 위반의 증가가 전기 dipole moment(EDM)의 상응하는 증가 없이 발생하여 실험 제약 조건과의 일치를 유지한다.
• 125 GeV 힉스가 주로 표준모형 유사 이중체 상태이며 작은 스팅렛 성분을 가진 시나리오는 R_{\gamma\gamma}와 정밀 전자기 데이터(S, T)와 일치한다.
• 수치적 연구는 추가 힉스 스칼라의 질량이 스팅렛 혼합에 따라 상호로 일치하거나 넓게 분리된 영역에서 타당한 매개변수 영역을 식별하였다.
• 복소 스칼라 포텐셜 매개변수를 통해 모형은 자발적 CP 위반을 지지하며, 스팅렛의 진공 기대값이 CP 대칭을 깨뜨린다.