[논문 리뷰] Phenomenological analysis of the Two Higgs Doublet Model

Rodolfo A. Díaz|ArXiv.org|2002. 12. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 15

한 줄 요약

이 두 힉스 두중체 모형(2HDM)에 대한 현상학적 연구는 다양한 매개변수화 방식과 벤치마크 시나리오에서 풍미 변화 중성미류 전류(FCNCs), 힉스 보손 질량, 양자수 치우함 수를 체계적으로 분석한다. 이 연구는 기저 변환에 대한 물리적 관측량(예: 타드포, 힉스 질량)의 불변성을 입증하여 2HDM 프레임워크의 재매개변수화에 대한 일관성을 확인한다. 주요 결과는 분석적 증명과 tanβ, mA⁰, μτ 결합에 대한 수치적 등고선도를 통해 도출된다.

ABSTRACT

The Two Higgs Doublet model and its phenomenological implications are discussed. A brief survey on the present status of this model is given. In particular, we concentrate on the Two Higgs Doublet Model with Flavor Changing Neutral Currents. First, we develop some new parametrizations of the 2HDM type III, in such a way that the relation of it with models type I and type II become apparent. Based on this parametrization we get some bounds on the mixing vertex involving the second and third lepton generations, and lower bounds on the mass of the pseudoscalar Higgs boson. Further, by using a parametrization in which one of the vacuum expectation values vanishes, we constrain some lepton flavor violating vertices, based on the $g-2 $muon factor and some lepton flavor violating decays. Moreover, upper limits on the decay widths of $τ o eγ, $and $τ o eee $are calculated, finding them to stay far from the reach of near future experiments. On the other hand, as an addendum to this work, we study the production and decays of top squarks at the Tevatron collider in models of low-energy supersymmetry breaking. We consider that the lightest Standard Model superpartner is a light neutralino that predominantly decays into a photon and a light gravitino, and that the lighter stop is the next-to-lightest Standard Model superpartner. For a modest projection of the final Tevatron luminosity, $L\simeq 4$ fb$^{-1}$, stop masses of order 300 GeV are accessible. We also consider the production and decay of ten degenerate squarks, and we find that common squark masses up to 360 GeV are easily accessible, and that the reach increases further if the gluino is light.

연구 동기 및 목표

• 이론적 및 실험적 제약 조건 하에서 두 힉스 두중체 모형(2HDM)의 현상학적 타당성을 조사하기 위해.
• 2HDM에서 풍미 변화 중성미류 전류(FCNCs)의 역할과 그 억제 메커니즘을 분석하기 위해.
• 2HDM에서 기저 변환에 대해 물리적 관측량(예: 타드포와 힉스 질량)의 불변성을 검증하기 위해.
• μτ 결합, tanβ, mA⁰와 같은 주요 관측량에 대한 등고선도를 활용하여 2HDM의 매개변수 공간을 탐색하기 위해.
• 다양한 매개변수화(예: 타입 II, 페르미포브릭, 분리한 극한)를 비교하고 그 현상학적 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 스칼라 부문의 일관성을 확보하기 위해 명시적 C-역전 대칭을 포함한 2HDM에서 힉스 포텐셜, 요카다 라그랑지안 및 운동에너지 항을 유도한다.
• 두 매개변수화 간의 일반적인 기저 변환(각도 θ에 의한 회전)을 적용하여, VEVs를 $ v' = R(\theta) v $ 로 연결함으로써 기저 불변성을 시험한다.
• 최소 조건과 질량 행렬 형식을 사용하여 힉스 보손 질량의 표현식을 유도하고, 고유값과 행렬식이 기저 변화에 대해 불변임을 검증한다.
• 타드포와 질량 행렬의 불변성을 입증하기 위해 서로 다른 기저 간 매개변수 간 분석적 관계(예: $ \tilde{\mu}_i^2, \tilde{\lambda}_i $)를 수립한다.
• 다섯 가지의 다른 벤치마크 케이스에 대해 $ \xi_{\tau\tau}-m_{A^0} $, $ \xi_{\mu\mu}-m_{A^0} $, $ \tan\beta-m_{A^0} $, $ m_{A^0}-m_{H^0} $ 평면에서 등고선도를 사용한 수치 분석을 수행한다.
• m_{h^0}, m_{H^0}, \tan\beta, \alpha' 의 변화가 $ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $, 즉 풍미 위반 결합의 대리 변수에 대한 허용 가능한 매개변수 공간에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 풍미 변화 중성미류 전류(FCNCs)는 두 힉스 두중체 모형에서 어떻게 나타나며, 어떤 제약 조건이 그들을 억제하는가?
• RQ2 2HDM에서 기저 변환에 대해 물리적 관측량(예: 힉스 질량과 타드포)이 얼마나 불변하는가?
• RQ3 다양한 매개변수화와 벤치마크 시나리오 하에서 mA⁰, tanβ, 및 $ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ 의 타당한 매개변수 영역은 무엇인가?
• RQ4 분리한 극한과 페르미포브릭 극한은 2HDM의 현상학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 m_{h^0}, m_{H^0}, \alpha' 의 변화가 mA⁰ 와 $ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ 의 허용 가능한 매개변수 공간에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• m_{h^0}, m_{H^0}, m_{A^0} 과 같은 힉스 보손 질량은 기저 변환에 대해 불변이며, 두 매개변수화 모두에서 동일한 고유값과 행렬식을 통해 확인된다.
• 기저 변환에 대해 타드포가 유지되며, $ \mu_i^2 $ 와 $ \tilde{\mu}_i^2 $, $ \lambda_i $ 와 $ \tilde{\lambda}_i $ 간의 명시적 관계가 존재하여 서로 다른 매개변수화 간의 일관성이 보장된다.
• $ \xi_{\tau\tau}-m_{A^0} $ 및 $ \xi_{\mu\mu}-m_{A^0} $ 평면에서의 등고선도는 다섯 가지 벤치마크 케이스에 대해 명확히 구분된 허용 영역을 보이며, 케이스 5(큰 $ \xi_{\tau\tau} $)가 가장 엄격한 제약 조건을 제공한다.
• $ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ 에 대해 허용 영역은 tanβ에 매우 민감하게 의존한다: tanβ = 30일 때는 tanβ = 0.1일 때보다 제약 조건이 더 강하다. 특히 매개변수화 II에서 더 강한 제약 조건이 나타난다.
• $ m_{A^0}-\tan\beta $ 평면에서, $ \xi_{\mu\tau} $ 가 $ 2.5 \times 10^{-2} $ 에서 $ 2.5 \times 10^{-3} $ 으로 감소할수록 허용 영역이 크게 축소되며, 특히 경량의 $ m_{h^0} $ 에서 두드러진다.
• $ m_{A^0}-m_{H^0} $ 등고선도는 고정된 $ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $ 에 대해 $ m_{A^0} $ 가 하한선을 가짐을 보여주며, $ m_{h^0} $ 가 115 GeV로 고정될 경우 $ m_{h^0} = m_{H^0} $ 인 경우보다 이 하한선이 더 높아진다.