[논문 리뷰] Higgs Triplet Model with Classically Conformal Invariance

Hiroshi Okada, Yuta Orikasa외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 고전적 등각 대칭을 유지하는 힉스 삼중항 모형을 제안하며, U(1)_{B-L} 대칭을 국소화하여 약 10 TeV에서의 양자역학적 대칭 깨짐이 전자약 대칭 깨짐을 유도하는 모형이다. 중성미온 질량은 하이브리드 유형-I/유형-II 시즈모드 메커니즘을 통해 발생하며, 플랑크 스케일 초기 조건에서의 1차원 양자역학적 임계군 방정식을 통해 저에너지 관측량—예를 들어 힉스 보손 질량과 혼합 각도—이 예측된다. 실험 데이터로부터 레프톤-플레처-비선형성(Yukawa) 상호작용에 대한 엄격한 상한선이 유도된다.

ABSTRACT

We discuss an extension of the minimal Higgs triplet model with a classically conformal invariance and with a gauged $U(1)_{B-L}$ symmetry. In our scenario, tiny masses of neutrinos are generated by a hybrid contribution from the type-I and type-II seesaw mechanisms. The shape of the Higgs potential at low energies is determined by solving one-loop renormalization group equations for all the scalar quartic couplings with a set of initial values of parameters at the Planck scale. We find a successful set of the parameters in which the $U(1)_{B-L}$ symmetry is radiatively broken via the Coleman-Weinberg mechanism at the ${\cal O}$(10) TeV scale, and the electroweak symmetry breaking is also triggered by the $U(1)_{B-L}$ breaking. Under this configuration, we can predict various low energy observables such as the mass spectrum of extra Higgs bosons, and the mixing angles. Furthermore, using these predicted mass parameters, we obtain upper limits on Yukawa couplings among an isospin triplet Higgs field and lepton doublets from lepton flavor violation data.

연구 동기 및 목표

• 고전적 등각 대칭성(CCI)을 유지하면서 명시적 질량 항목을 피하는 최소한의 힉스 삼중항 모형 확장을 구축하는 것.
• 코hen-바이너버그 메커니즘을 통해 약 10 TeV 스케일에서 U(1)_{B-L} 대칭의 양자역학적 깨짐을 실현하고, 전자약 대칭 깨짐을 유도하는 것.
• 나무 단계의 μ-항 없이 유형-I 및 유형-II 시즈모드 메커니즘의 혼합 기여를 통해 미세한 마요라나 중성미온 질량을 생성하는 것.
• 플랑크 스케일 초기 조건을 기반으로 한 1차원 양자역학적 임계군 방정식(RGEs)을 사용하여 저에너지 관측량—예를 들어 힉스 보손 질량, 혼합 각도, 요카다 상수—을 예측하는 것.
• LFV 실험 데이터로부터의 제약 조건을 이용하여 레프톤-플레처-비선형성(Yukawa) 상호작용에 대한 상한선을 도출하는 것.

제안 방법

• 고에너지에서 차원이 없는 매개변수를 금지함으로써 고전적 등각 대칭성을 유지하는 힉스 섹터를 구현하고, 단일 스칼라 필드 φ와 힉스 삼중항 Δ, 이중항 Φ 사이의 차원이 없는 결합 λ₀를 통해 μ-항을 동적으로 생성한다.
• 진공을 안정화하고 10 TeV 스케일에서 양자 보정을 통해 B-L 대칭의 양자역학적 깨짐을 가능하게 하기 위해 U(1)_{B-L} 대칭을 국소화한다.
• 모든 스칼라 4차 상호작용 및 게이지/요카다 상수에 대한 1차원 양자역학적 임계군 방정식(RGEs)을 사용하여, 플랑크 스케일의 초기 값에서 전자약 스케일까지의 진화를 수행한다.
• RGEs를 수치적으로 해결하여 저에너지에서의 힉스 포텐셜 형태, 추가 힉스 보손의 질량과 혼합 각도를 결정한다.
• μ→eγ와 같은 레프톤-플레처-비선형성(LFV) 과정을 계산하여 힉스 삼중항 필드와 레프톤 이중항 간의 요카다 상수를 제약한다.
• 모든 차원이 없는 상호작용—게이지, 요카다, 스칼라 4차 상호작용—에 대한 1차원 러닝 방정식(beta 함수)의 해석적 표현을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 힌스 삼중항 모형은 고전적 등각 대칭성을 유지하면서도 미세한 중성미온 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ2 코헨-바이너버그 메커니즘을 통해 U(1)_{B-L} 대칭이 약 10 TeV 스케일에서 양자역학적으로 깨질 수 있는가? 이는 전자약 대칭 깨짐을 유도하는가?
• RQ3 이 등각적이고 U(1)_{B-L}로 확장된 모형에서 힉스 보손 질량 스펙트럼과 혼합 각도는 어떤가?
• RQ4 레프톤-플레처-비선형성(LFV) 실험 데이터로부터 힉스 삼중항과 레프톤 이중항 간의 요카다 상수에 대해 어떤 상한선을 설정할 수 있는가?
• RQ5 모든 상호작용에 대한 1차원 RGEs가 플랑크 스케일 초기 조건 하에서 힉스 포텐셜의 저에너지 거동을 어떻게 결정하는가?

주요 결과

• 플랑크 스케일에서 일관된 초기 조건이 주어지면, 약 10 TeV에서 U(1)_{B-L} 대칭이 양자역학적으로 깨지며, 코헨-바이너버그 메커니즘을 통해 전자약 대칭 깨짐이 유도된다.
• 저에너지에서의 힉스 포텐셜은 1차원 RGEs를 해결함으로써 완전히 결정되며, 추가 힉스 보손의 질량과 혼합 각도를 예측할 수 있다.
• 중성미온 질량은 유형-I 및 유형-II 시즈모드 기여의 혼합을 통해 생성되며, μ-항은 λ₀ 결합을 통해 동적으로 유도된다.
• 이 모형은 확장된 힉스 섹터에 대해 특정 질량 스펙트럼을 예측하며, 이는 무거운 힉스 삼중항과 추가 중성 및 인장 힉스 상태를 포함한다.
• 레프톤-플레처-비선형성(LFV) 제약 조건, 특히 μ→eγ를 바탕으로 힉스 삼중항과 레프톤 이중항 간의 요카다 상수에 대한 상한선이 도출되며, 현재 실험적 제약과 일치함을 보장한다.
• λ₀의 러닝 방정식은 λ₀ 자체에 비례하므로, 고에너지에서 λ₀ = 0이면(예: 플랑크 스케일) 양자 보정이 유도하지 않는 한 모든 스케일에서 0으로 유지된다. 그러나 본 모형에서는 비영초기값에서 RGE 진화를 통해 λ₀가 생성된다.