[논문 리뷰] Electroweak baryogenesis and the triple Higgs boson coupling

Shinya Kanemura, Yasuhiro Okada외 1명|ArXiv.org|2005. 07. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 두 중형 힉스 두중자 모형(2HDM)과 최소 초대칭 표준모형(MSSM)에서 전약 대칭 깨짐을 연구하며, 바리온 생성에 필수적인 강한 일阶 전이가 발생할 경우, 힉스 삼중항 상호작용(hhh)의 양자 보정이 크게 증가함을 보여준다. 2HDM에서는 바리온 생성이 가능한 영역에서 표준모형 값에서 10% 이상의 편차가 발생하여 향후 국제 선형 충돌기(ILC)에서 검출 가능함을 시사한다.

ABSTRACT

We study collider signatures of electroweak baryogenesis in the two Higgs doublet model and the minimal supersymmetric standard model. It is found that the trilinear coupling of the lightest Higgs boson receives large quantum corrections if the electroweak phase transition is strongly first order for successful baryogenesis. In the two Higgs doublet model, the magnitude of the deviation from the standard model value is shown to be larger than 10 percent. Such a deviation can be detected at a future electron-positron linear collider.

연구 동기 및 목표

• 확장된 힉스 섹터에서 전약 바리온 생성과 힉스 삼중항 보손 상호작용(hhh) 간의 연관성을 탐색하기.
• 강한 일阶 전이를 유도하는 모형에서 hhh 상호작용에 대한 큰 양자 보정이 발생하는지 확인하기.
• 향후 선형 충돌기 실험(예: ILC)에서 이러한 편차가 검출 가능한지 평가하기.
• 바리온 생성 조건 하에서 2HDM와 MSSM의 hhh 상호작용 편차 크기를 비교하기.
• 바리온 생성 조건을 만족하고 hhh 상호작용 편차가 뚜렷한 매개변수 영역을 규명하기.

제안 방법

• 반경계 조건에서의 효과적 포텐셜을 1-루프 보정과 링(Daisy) 합산을 사용해 정확도를 향상시키며 2HDM에서 계산하였다.
• 고온 전개와 수치 계산을 통해 전이 시의 임계 온도 $T_c$와 진공 기대값 $\varphi_c$를 도출하였다.
• 온-쉘 체계에서 hhh 상호작용의 1-루프 반사 보정 $\lambda_{hhh}^{\text{eff}}$를 평가하고 표준모형 예측과 비교하였다.
• 표준모형에서의 이격도를 정량화하기 위해 $\Delta\lambda_{hhh}^{\text{2HDM}} / \lambda_{hhh}^{\text{SM}}$을 정의하였다.
• MSSM에 동일한 분석을 적용하여 효과적 포텐셜에 대한 스토프(Stop) 루프 기여를 통해 hhh 상호작용 이격도를 추정하였다.
• 바리온 생성 조건을 만족하는 스파일러론 분리 조건 $\varphi_c / T_c \geq 1$와 hhh 상호작용 편차를 결합하여 관측 가능한 매개변수 영역을 규명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 일阶 전이가 발생할 경우 2HDM에서 힉스 삼중항 상호작용에 대한 양자 보정의 크기는 얼마인가?
• RQ2 이러한 hhh 상호작용의 편차는 향후 전자-양전자 선형 충돌기(IKC)에서 검출 가능한가?
• RQ3 MSSM에서 hhh 상호작용 편차는 무거운 힉스 보손과 스토프 질량에 따라 어떻게 척도화되는가?
• RQ4 2HDM과 MSSM에서 스파일러론 분리 조건을 만족하고 hhh 상호작용 편차가 뚜렷한 매개변수 영역은 어디인가?
• RQ5 전약 바리온 생성의 직접적 현상학적 서명은 정밀한 힉스 측정을 통해 힉스 섹터에서 접근 가능한가?

주요 결과

• 2HDM에서는 전이가 강한 일阶일 경우 바리온 생성이 가능한 영역에서 힉스 삼중항 상호작용이 표준모형 값에서 10% 이상 이격된다.
• 이 편차는 전이가 강할 경우 무거운 힉스 보손과 토퍼 쿼크가 루프에 참여할 때 큰 양자 보정으로 인해 발생한다.
• $m_h = 120$ GeV일 경우, 무거운 힉스 질량이 약 200 GeV를 초과하면 바리온 생성에 적합한 강한 전이가 발생한다.
• $M=0$일 때 $m_\Phi \gtrsim 185$ GeV, $M=150$ GeV일 때 $m_\Phi \gtrsim 300$ GeV이면 스파일러론 분리 조건 $\varphi_c / T_c \geq 1$ 가 성립한다.
• MSSM에서는 $m_h = 120$ GeV일 경우 경량 스토프 루프 기여로 hhh 상호작용 편차가 약 6%로 추정된다.
• 바리온 생성이 가능하고 hhh 상호작용이 표준모형에서 뚜렷하게 이격된 매개변수 영역은 향후 선형 충돌기에서 hhh 상호작용에 대해 약 10–20% 정밀도로 검출 가능하다.