[논문 리뷰] On the origin of Z(2) symmetry in the Two-Higgs Doublet extension of the SM

C.D. Froggatt, R. Nevzorov외 2명|arXiv (Cornell University)|2008. 06. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 비초과대칭 두 힉스 이중체 모형(2HDM)에서 다중점 원리(MPP)가 고에너지 스케일 Λ에서 자연스럽게 약한 U(1) 및 Z(2) 대칭성을 유도하며, 이는 맛을 변화시키는 중성미온(FCNC)과 CP 위반을 억제함을 제안한다. Λ ≳ 10^10 GeV일 경우 고에너지 스케일에서의 유사 고정점 근처의 양자역학적 군 흐름(RG)이 125 GeV 이하의 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손을 초래함을 보여주며, 낮은 Λ일 경우 더 무거운 힉스 질량과 강화된 톰-쿼크 결합을 허용함을 밝힌다.

ABSTRACT

We argue that the consistent implementation of the multiple point principle (MPP) in the general non-supersymmetric two Higgs doublet model (2HDM) can lead to a set of approximate global custodial symmetries that ensure CP conservation in the Higgs sector and the absence of flavour changing neutral currents (FCNC) in the considered model. In particular the existence of a large set of degenerate vacua at some high energy scale $\Lambda$ caused by the MPP can result in approximate U(1) and Z(2) symmetries that suppress FCNC and CP--violating interactions in the 2HDM. We explore the renormalisation group (RG) flow of the Yukawa and Higgs couplings within the MPP inspired 2HDM with approximate custodial symmetries and show that the solutions of the RG equations are focused near quasi--fixed points at low energies if the MPP scale scale $\Lambda$ is relatively high. We study the Higgs spectrum and couplings near the quasi--fixed point at moderate values of $ an\beta$ and compute a theoretical upper bound on the lightest Higgs boson mass. If $\Lambda\gtrsim 10^{10} {GeV}$ the lightest CP--even Higgs boson is always lighter than $125 {GeV}$. When the MPP scale is low, the mass of the lightest Higgs particle can reach $180-220 {GeV}$ while its coupling to the top quark can be significantly larger than in the SM, resulting in the enhanced production of Higgs bosons at the LHC.

연구 동기 및 목표

• 다중점 원리(MPP)를 통해 두 힉스 이중체 모형(2HDM)에서 Z(2) 대칭성의 기원을 설명하는 것.
• 고에너지 스케일 Λ에서 MPP에 의해 유도된 디게너레이트된 진공 상태가 약한 커피드럴 대칭성을 어떻게 유도하는지 조사하는 것.
• MPP에 기반한 조건 하에서 양자역학적 군(RG) 흐름을 통한 야쿠다 및 힉스 결합의 진화를 분석하는 것.
• 힉스 스펙트럼과 결합 상수에 미치는 영향, 특히 가장 가벼운 힉스 보손의 질량에 대한 함의를 규명하는 것.
• 가장 가벼운 힉스 질량에 대한 이론적 상한을 계산하고, LHC에서의 현상학적 서명을 분석하는 것.

제안 방법

• 일반적인 2HDM에 다중점 원리(MPP)를 적용하여 고에너지 스케일 Λ에서 다수의 진공이 일치하도록 하는 것.
• Λ에서 디게너레이트된 진공이 약한 U(1) 및 Z(2) 전역 대칭성을 유도하며, FCNC 및 CP 위반을 억제함을 규명하는 것.
• 에너지 스케일 Λ에서 전자약력 스케일까지의 양자역학적 군(RG) 진화를 통해 야쿠다 및 힉스 결합의 변화를 연구하는 것.
• Λ가 클 경우 RG 흐름에서 유사 고정점이 나타나며, 이는 저에너지 결합 상수의 안정성을 초래함을 규명하는 것.
• 중간 정도의 tanβ 값에서 유사 고정점 근처의 힉스 질량 스펙트럼과 결합 상수를 계산하는 것.
• MPP 스케일 Λ에 기반한 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 질량에 대한 이론적 상한을 유도하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중점 원리(MPP)가 2HDM에서 약한 Z(2) 및 U(1) 대칭성을 어떻게 유도하는가?
• RQ2 MPP에 의해 유도된 디게너레이트 진공이 FCNC 및 CP 위반 상호작용 억제에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 MPP 스케일 Λ가 클 경우 결합 상수의 양자역학적 군(RG) 흐름은 어떻게 행동하는가?
• RQ4 MPP 기반 2HDM에서 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 질량에 대한 이론적 상한은 무엇인가?
• RQ5 LHC에서의 힉스 결합 상수 및 생성 확률은 MPP 스케일 Λ의 값에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• MPP 스케일 Λ ≳ 10^10 GeV일 경우, 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손은 항상 125 GeV 이하이다.
• 고에너지 Λ에서, 야쿠다 및 힉스 결합의 RG 흐름은 유사 고정점 근처에 집중되어 저에너지 물리량을 안정화시킨다.
• 낮은 MPP 스케일 Λ일 경우, 가장 가벼운 힉스 질량은 180–220 GeV에 이르며, 표준모형(SM)보다 훨씬 무겁다.
• 낮은 Λ 조건에서는 가장 가벼운 힉스의 톰-쿼크 결합이 표준모형(SM)보다 상당히 강화된다.
• 낮은 Λ 조건에서 강화된 톰-쿼크 결합은 LHC에서의 힉스 보손 생성 확률을 증가시킨다.
• MPP에 의해 유도된 약한 Z(2) 대칭성은 힉스 섹터에서 CP 보존 및 FCNC 억제를 보장한다.