[논문 리뷰] Current bounds on the Type-Z $Z_3$ three Higgs doublet model

Rafael Boto, Jorge C. Romão외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 27인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 유형-Z $Z_3$ 대칭을 가진 세 힉스 이중체 모형(3HDM)을 조사하여, $B\to X_s\gamma$ 및 $h\to\gamma\gamma$ 붕괴에서 두 개의 이중체 힉스 보손 간의 상쇄 효과로 인해 그들의 질량에 대한 하한이 크게 완화됨을 보여준다. 정확한 정렬 조건을 완화하고 철학적 이론적 및 실험적 제약 조건을 적용함으로써, 이전에 가정된 것보다 더 가벼운 추가 힉스 상태를 가진 타당한 벤치마크 포인트를 식별한다.

ABSTRACT

Type-Z models, where charged leptons, up type quarks, and down type quarks each couple to a different scalar, are only possible when there are three or more Higgs doublets. We consider the Type-Z three Higgs doublet model imposed by a softly broken $Z_3$ symmetry. We take into account all theoretical and experimental constraints, highlighting the importance of perturbative unitarity and bounded from below conditions that we develop here, and which have a strong impact on $B ightarrow X_s γ$. Since there can be cancellations between the two charged Higgs in $B ightarrow X_s γ$ (and in $h ightarrow γγ$), the lower bounds obtained on the charged Higgs masses are alleviated. We also discuss in detail the important physical differences between exact alignment and approximate alignment, and present some useful benchmark points.

연구 동기 및 목표

• 현재 이론적 및 실험적 제약 조건 하에서 유형-Z $Z_3$-대칭을 가진 세 힉스 이중체 모형의 타당성을 조사하는 것.
• 두 개의 이중체 힉스 보손 간의 상쇄 효과가 $B\to X_s\gamma$ 및 $h\to\gamma\gamma$ 붕괴에서 유도하는 제약 조건에 어떤 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 정확한 정렬 조건을 초월한 매개변수 영역을 탐색하여 더 가벼운 힉스 질량을 가진 타당한 벤치마크 포인트를 식별하는 것.
• 펌터바티브 유니타리성, 하한에서의 경계 조건(BFB) 및 HiggsBounds-5.9.1을 체계적으로 적용하여 모형을 제약하는 것.
• 정확한 정렬과 근사 정렬 간의 물리적 차이가 $Z_3$ 3HDM의 맥락에서 어떻게 나타나는지 명확히 하는 것.

제안 방법

• 부드럽게 깨진 $\mathbbm{Z}_3$ 대칭을 도입하여 세 힉스 이중체 모형의 스칼라 포텐셜과 요카와 상호작용을 구성하는 것.
• 로테이션 행렬과 진공 정렬 매개변수를 사용하여 힉스 결합, 특히 $hH^{\pm}H^{\mp}$ 및 $AH^{\pm}H^{\mp}$의 명시적 표현을 유도하는 것.
• 펌터바티브 유니타리성 및 하한에서의 경계 조건(BFB)을 적용하여 모형의 매개변수 공간을 제약하는 것.
• LHC 힉스 탐색 결과와의 일치성을 테스트하기 위해 HiggsBounds-5.9.1 패키지를 사용하는 것.
• 정확한 정렬에서 근사 정렬까지 매개변수 전역 스캔을 수행하여 타당한 영역을 식별하는 것.
• $h\to\gamma\gamma$ 및 $B\to X_s\gamma$에서 두 개의 이중체 힉스 상태의 반대 부호 기여가 질량 억제를 가능하게 하여 영향을 미치는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유형-Z $Z_3$ 3HDM에서 $h\to\gamma\gamma$ 및 $B\to X_s\gamma$ 붕괴에서 두 개의 이중체 힉스 보손 간의 상쇄 효과가 그들의 질량에 대한 하한에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 Z_3 3HDM에서 정확한 정렬 조건을 완화할 경우 현재 실험적 제약 조건 하에서 모형의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 펌터바티브 유니타리성 및 하한에서의 경계 조건(BFB) 조건이 정렬 한계를 초월하여 $Z_3$ 3HDM의 매개변수 공간을 어떻게 제약하는가?
• RQ4 모든 이론적 및 실험적 제약 조건, HiggsBounds-5.9.1까지 적용한 후에도 여전히 타당한 $Z_3$ 3HDM의 벤치마크 포인트는 무엇인가?
• RQ5 유형-Z $Z_3$ 3HDM의 맥락에서 정확한 정렬과 근사 정렬 간의 주요 물리적 차이는 무엇이며, 이는 현상학에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 표현된 바와 같이, $h\to\gamma\gamma$ 및 $B\to X_s\gamma$ 붕괴에서 두 개의 이중체 힉스 보손 간의 상쇄 효과로 인해 이전에 가정된 것보다 훨씬 가벼운 이중체 힉스 질량이 가능해져 질량 하한이 크게 완화된다.
• 125 GeV의 힉스 보손이 정확한 정렬 한계에 있지 않더라도 모형은 여전히 타당하며, 모든 제약 조건을 충족하는 여러 벤치마크 포인트가 존재한다.
• 최근 LHC 측정치는 동일한 매개변수 선택을 사용하더라도, 업데이트된 HiggsBounds-5.9.1 제약 조건으로 인해 Chakraborti:2021bpy의 그림 2에 포함된 모든 포인트를 배제한다.
• 펌터바티브 유니타리성 및 하한에서의 경계 조건(BFB) 조건이 유도되고 적용되어 모형의 매개변수 공간에 대한 필수적인 이론적 제약 조건을 제공한다.
• 이 연구는 500 GeV 이하의 이중체 힉스 질량을 가진 타당한 벤치마크 포인트를 식별하여, 더 무거운 새로운 스칼라 입자가 필요 없이도 현재 데이터와 일치할 수 있음을 보여준다.
• 정확한 정렬과 근사 정렬 간의 물리적 차이가 핵심적임을 입증하였으며, 근사 정렬은 실험 데이터와의 호환성을 유지하면서도 더 가벼운 힉스 상태를 허용한다.