[논문 리뷰] Large pseudoscalar Yukawa couplings in the complex 3HDM

Boto, Rafael, Lourenco, Luis외 2명|arXiv (Cornell University)|2024. 07. 29.

Atomic and Subatomic Physics Research참고 문헌 32인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 Z2×Z2 대칭과 명시적 CP 위반을 갖는 복잡한 세 개의 홉-더블릿 모델(C3HDM)을 분석하여 h125에 대한 주로 CP-양수의 톱 결합과 주로 CP-음의 바텀 결합이 부분적으로 부활할 수 있음을 보여주고, 실험적 탐색을 촉발한다.

ABSTRACT

As LHC's Run3 unfolds, we peer deeper into the couplings of the 125GeV Higgs ($h_{125}$) and also test for extra scalars. Even before such extra scalars are found, one can probe them by using the fact that theories with multiple Higgs doublets allow for substantial deviations of the couplings of $h_{125}$ from their SM values. Indeed, the observed couplings already place stringent limits on such theories. We investigate the curious possibility that $h_{125}$ couples to the top quark mostly as a scalar, while it couples to the bottom quark mostly as a pseudoscalar. This possibility was allowed by 2017 data for the so-called C2HDM; a two Higgs doublet model with a single source of explicit CP violation. It was shown recently that this possibility disappears when using the full experimental data of 2024. Here we discuss a three Higgs doublet with explicit CP violation (C3HDM), and show that the curious CP-even/CP-odd $t$/$b$ possibility is partly resuscitated, prompting further experimental exploration of this prospect.

연구 동기 및 목표

• SM을 넘는 다중-힉스 시나리오를 탐구하기 위한 정밀한 h125 결합 측정의 동기를 부여한다.
• 3HDM 내에서 h125에 대해 주로 CP-양의 톱 결합과 주로 CP-음의 바텀 결합의 타당성을 조사한다.
• 복합 퍼텐셜 항 및 CP-위반 효과를 포함한 C3HDM의 상세한 매개변수화를 개발한다.
• C3HDM에 대한 이론적·실험적 제약을 도식화하고 매개변수 공간의 호환성을 평가한다.

제안 방법

• C3HDM용 Z2×Z2 대칭성 및 소프트 브레이킹 항을 갖는 스칼라 퍼텐셜을 정의한다.
• 중성 및 하전 스칼라 질량 행렬을 매개변수화하고 Higgs 기저에 도달하기 위해 기저 변환을 수행한다.
• type-Z NFC 할당에 따라 Yukawa 라그랑주언을 도출하고 중성 스칼라의 페르미온에 대한 결합을 표현한다.
• 일반 직교 회전에 의해 중성 스칼라 질량 행렬을 대각화하고 질량 고유상태를 퍼텐셜 매개변수에 연결한다.
• 관찰 가능한 결합들(κV, cei, coi)과 회전 행렬의 관점에서 Higgs-페르미온 결합을 표현하고, 이를 통해 모델 매개변수로의 역산이 가능하도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 C3HDM이 h125에 대해 톱에 대한 결합이 주로 스칼라이고 바텀에 대한 결합은 주로 페소스칼라인 경우를 수용할 수 있는가?
• RQ2 2024년의 전체 실험 제약이 C2HDM에서 관찰된 CP-위반 t/b 결합 패턴을 3HDM(C3HDM)으로 확장했을 때 어느 정도까지 허용하거나 반대하는가?
• RQ3 복합 3HDM에서의 type-Z NFC 구조가 h125 결합과 다른 스칼라 스펙트럼 관측치 간의 상관관계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이론적/실험적 제약을 충족하면서 CP-음의 바텀과 CP-양의 톱 결합 패턴을 실현하기 위해 필요한 매개변수 관계와 질량 스펙트럼은 무엇인가?

주요 결과

• 명시적 CP 위반이 있는 3HDM은 2HDM에서 실각되었던 h125에 대한 CP-양의 톱 / CP-음의 바텀 결합 패턴을 부분적으로 부활시킬 수 있다.
• 본 논문은 질량 행렬 간의 관계 및 타드폴 조건을 포함한 복합 스칼라 퍼텐셜의 포괄적 매개변수화를 제시한다.
• 정교한 Yukawa 구조(type-Z)는 각 오른쪽-손 페르미온 종을 서로 다른 스칼라에 할당하여 h125 결합에서 서로 다른 CP 특성을 가능하게 한다.
• 이론적 및 실험적 제약은 분석되어 스캔에 반영되어 실행 가능한 매개변수 공간을 결정한다.
• 본 연구는 향후 측정 및 탐색에서 CP-위반 h125 결합을 추구하는 것의 지속적인 관련성을 보여준다.