[논문 리뷰] Mass Terms in Two-Higgs Doublet Models

Rui Santos, Sancho Oliveira외 1명|ArXiv.org|2001. 12. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 CP를 보존하는, 재규격화 가능한 이중 힉스 두중자 모형(THDM)에서 다양한 질량 항이 유사한 이론적 프레임워크에도 불구하고 어떻게 다른 물리적 예측을 이끌어내는지 분석한다. Z₂ 대칭 또는 전역 U(1) 대칭을 가진 두 주요 유형의 THDM에 차원 두 번째 항을 체계적으로 추가하거나 제거함으로써, 이러한 수정이 특히 토프 쿼크 붕괴 너비와 힉스 보손의 이광자 붕괴에 영향을 미치는 고리에 의한 과정에서 상당한 차이를 유도함을 보여준다. 특히 페르미오프obic 시나리오에서는 이러한 변화가 최대 네 배까지 증폭될 수 있다.

ABSTRACT

We take a closer look at the mass terms of all renormalizable and CP conserving two-Higgs doublet models (THDM). We show how some of the dimension two parameters in the potential can be set equal to zero leading to relations among the tree-level parameters of the potential. The different versions of the THDM obtained give rise to different amplitudes for physical processes. We will illustrate this with two examples. The first one is the one-loop weak correction to the top decay width, t -> b W. The second one is the decay h -> gamma gamma in the fermiophobic limit.

연구 동기 및 목표

• 재규격화 가능하고 CP를 보존하는 이중 힉스 두중자 모형(THDM)에서 질량 항을 추가하거나 제거할 경우 발생하는 물리적 결과를 조사하는 것.
• Z₂ 또는 전역 U(1) 대칭의 다양한 대칭 구조와 그 질량 항에 의한 연속적인 붕괴가 스칼라 섹터의 매개변수와 물리적 진폭에 어떻게 영향을 주는지 명확히 하는 것.
• 스칼라 포텐셜에서 보기에 미미한 변화가 토프 쿼크 붕괴와 힉스 이광자 붕괴와 같은 고리에 의한 과정에서 측정 가능한 차이를 유도할 수 있음을 보여주는 것.
• 제약 조건이 있는 THDM 변형에서 페르미오프obic 극한을 분석하고, 표준 모형과 비교하여 힉스 붕괴 너너드의 편차를 정량화하는 것.

제안 방법

• 모든 가능한 차원 두 번째 질량 항을 포함한, 두 개의 힉스 두중자에 대한 가장 일반적인 CP를 보존하고 재규격화 가능한 스칼라 포텐셜을 유도한다.
• 모델을 두 주요 유형으로 분류: $V_A$ (Z₂ 대칭)와 $V_B$ (U(1) 대칭)이며, 특정 질량 항을 0으로 설정함으로써 이들의 변형을 연구한다.
• 진공 안정성과 CP를 보존하는 최소 조건을 적용하여 물리적으로 의미 없는 구성 상태를 제거하며, 특히 자발적 CP 위반을 방지하기 위해 $\mu_4^2 = 0$을 강제로 설정한다.
• 수정된 스칼라 포텐셜 매개변수를 사용하여 토프 쿼크 붕괴 $t \to bW$의 1-루프 보정을 계산하며, $V_A$와 $V_B$ 유형 간의 차이를 중점적으로 분석한다.
• 페르미오프obic 극한에서 $h \to \gamma\gamma$ 붕괴 진폭을 분석하며, $hH^+H^-$ 진폭이 $V_A$와 $V_B$ 모형 간에 다르게 작용하는 역할을 강조한다.
• 표준 $V_A$와 $V_B$ 모형에 대한 $h \to \gamma\gamma$ 붕괴 너너드의 편차를 정량화하기 위해 무차원 비율 $R_A$와 $R_B$를 도입한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이중 힉스 두중자 포텐셜에 특정 질량 항을 포함하거나 제거할 경우, 고리에 의한 과정의 물리적 진폭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 1-루프 수준에서 $V_A$ (Z₂ 대칭)와 $V_B$ (U(1) 대칭) 모형 간에 토프 쿼크 붕괴 너너드 $\Gamma(t \to bW)$ 예측에 얼마나 큰 격차가 존재하는가?
• RQ3 모든 $V_A$ 및 $V_B$ 모형 변형에서 페르미오프obic 힉스 상태를 일관되게 실현할 수 있는가? 그리고 이러한 변형들 간에 $h \to \gamma\gamma$ 붕괴 비율은 어떻게 달라지는가?
• RQ4 제약 조건이 있는 모형에서 표준 $V_A$ 및 $V_B$ 모형에 비해 $h \to \gamma\gamma$ 붕괴 너너드의 증폭 또는 감소에 대한 정량적 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 제약 조건이 있는 모형의 특정 매개변수 영역에서, 토프 쿼크 붕괴 너너드 $t \to bW$의 1-루프 보정은 표준 모형 예측보다 최대 10배까지 증폭될 수 있다.
• 페르미오프obic 극한에서 $h \to \gamma\gamma$ 붕괴의 비율 $R_A$ (표준 $V_A$ 모형에 대한 상대적 비율)는 $\beta = \pi/3$일 때 약 4에 도달하며, 이는 모형 $V_A^{iii}$에서 상당한 증폭을 의미한다.
• 모형 $V_B^{iii}$에서는 $M_h \approx 120\,\text{GeV}$ 이며 $\beta = \pi/3$일 때 $h \to \gamma\gamma$의 비율 $R_B$가 4를 초과하는 값을 보이며, 이는 $V_A^{iii}$보다 더 큰 편차를 보임을 시사한다.
• 페르미오프obic 극한에서 $h \to \gamma\gamma$ 진폭을 지배하는 $hH^+H^-$ 진폭은 $V_A$와 $V_B$ 모형 간에 근본적으로 다르게 작용하여, 각각 다른 붕괴 비율 예측을 이끌어낸다.
• 모형 $V_A^{i}$와 $V_A^{ii}$는 페르미오프obic 힉스를 허용하지 않는다: $\alpha = \pi/2$로 설정하면 각각 $M_h$ 또는 $M_H$가 0이 된다.
• $\Delta\rho$ 제약과 질량 매개변수의 양성 조건은 특히 $V_B^{i,ii,iii}$ 모형에서 타당한 매개변수 공간을 제한하며, $\alpha$의 특정 범위를 배제한다.