[논문 리뷰] S(3) flavoured Higgs model trilinear self-couplings

E. Barradas-Guevara, O. Félix-Beltrán외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 10.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 세 개의 SU(2) 힉스 두중자로 구성된 표준모형의 최소 S(3)-불변 확장에서 삼중선형 힉스 자기결합을 위한 분석적 프레임워크를 제시한다. 물리적 힉스 보손 질량과 모든 삼중선형 결합을 힉스 포텐셜 매개변수, 스칼라 기울기 각도 $\theta_S$, 그리고 양성자 힉스 혼합 매개변수 $\omega_3$ 로 정확하게 표현한다. 이는 특히 가벼운 힉스 보손 질량이 125 GeV로 고정된 경우 표준모형 예측과 상당한 이격을 보이며, 이는 비표준적 행동을 반영한다.

ABSTRACT

In this work, we analyze the Higgs sector of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model is performed. Considering three Higgs fields, which are SU(2) doublets, and CP invariant, we compute the exact and analytical physical Higgs boson masses in terms of the Higgs potential parameters and the scalar Higgs matrix rotation angle $θ_S$ and $w_3$ ($ anθ_P= anθ_C= an^{-1}ω_3$), related to the pseudoscalar and charged Higgs matrix rotation angles $θ_P$ and $θ_C$ respectively. Furthermore, within this model we can also write down in an explicit form the trilinear self-couplings $λ_{ijk}$ in terms of the Higgs masses and two free parameters, $θ_S$ and $w_3$. Moreover, we show that the Higgs masses and trilinear Higgs bosons self-couplings are closely linked to the Higgs potential structure given by the discrete symmetry $S(3)$, which can be helpful to distinguish this model from other extensions. In our analysis the lightest Higgs boson mass is taken to be fixed to 125 GeV. In concordance with the results reported in the literature for other Standard Model extensions, it find that the numerical values $λ_{ijk}$ of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model are significantly different from the trilinear Higgs self-coupling of the Standard Model.

연구 동기 및 목표

• 세 개의 SU(2) 힉스 두중자를 포함하는 표준모형의 최소 S(3)-불변 확장에서의 힉스 섹터를 분석하기 위해.
• 히iggs 포텐셜 매개변수와 혼합 각도 $\theta_S$, $\omega_3$ 를 기반으로 물리적 힉스 보손 질량을 정확하게 분석적으로 유도하기 위해.
• 모든 삼중선형 힉스 자기결합 $\lambda_{ijk}$ 의 명시적 분석적 표현을 힉스 질량과 두 자유 매개변수 $\theta_S$, $\omega_3$ 를 기반으로 유도하기 위해.
• 히iggs 질량과 결합이 S(3) 이산 대칭 구조에 의해 유일하게 연결되어 있음을 보여주어, 이 모형이 다른 확장들과 구별됨을 입증하기 위해.
• 삼중선형 결합을 표준모형과 비교하여, 비표준 행동과 일관된 상당한 이격을 보임을 보여주기 위해.

제안 방법

• 모델은 S(3) 풍미군에 따라 하나의 단항복과 하나의 이중항 표현으로 변환되는 세 개의 SU(2) 힉스 두중자를 포함하는 표준모형을 확장한다.
• 히iggs 포텐셜은 CP 불변성과 S(3) 대칭성을 갖도록 구성되어 있으며, 이는 분석적으로 대각화 가능한 12×12 질량 행렬을 이룬다.
• 물리적 힉스 질량은 열 개의 자유 매개변수와 진공 기대값에 대한 함수로 유도되며, 스칼라 혼합 각도 $\theta_S$ 와 양성자 힉스 혼합 매개변수 $\omega_3$ 에 명시적인 의존성을 갖는다.
• 삼중선형 자기결합 $\lambda_{ijk}$ 는 힉스 질량 스펙트럼과 혼합 매개변수 $\theta_S$, $\omega_3$, 그리고 포텐셜 매개변수를 사용하여 닫힌 형태로 계산된다.
• $\lambda_{ijk}$ 의 표현식은 힉스 포텐셜에서 유도되며, $\theta_S$ 와 $\omega_3$ 의 삼각함수 함수를 포함하고 있으며, 계수는 포텐셜 결합에 따라 달라진다.
• 실험 관측과 일치시키기 위해 가벼운 힉스 보손 질량을 125 GeV로 고정하여 표준모형과의 비교를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 S(3)-불변 3-히iggs-두중자 모형에서의 물리적 힉스 질량은 힉스 포텐셜 매개변수와 혼합 각도 $\theta_S$, $\omega_3$ 에 어떻게 의존하는가?
• RQ2 이 모형에서 모든 삼중선형 힉스 자기결합 $\lambda_{ijk}$ 의 명시적 분석적 표현은 무엇인가?
• RQ3 이 S(3)-풍미 모형에서의 삼중선형 결합은 표준모형과 정량적으로 어떻게 다를까?
• RQ4 S(3) 이산 대칭성은 힉스 포텐셜의 구조와 그로 인한 힉스 질량 스펙트럼에 얼마나 깊이 제약을 가하는가?
• RQ5 이 모형의 삼중선형 결합 예측은 표준모형과 다른 확장(예: MSSM 또는 2HDM)과 구별될 수 있는가?

주요 결과

• 물리적 힉스 질량은 힉스 포텐셜 매개변수, 스칼라 혼합 각도 $\theta_S$, 그리고 양성자 힉스 혼합 매개변수 $\omega_3$ 를 기반으로 정확하고 분석적으로 표현되었으며, 가벼운 힉스 보손 질량이 125 GeV로 고정되어 있다.
• 모든 삼중선형 힉스 자기결합 $\lambda_{ijk}$ 는 닫힌 형태로 유도되었으며, 힉스 질량과 두 자유 매개변수 $\theta_S$, $\omega_3$ 에 명시적으로 의존하며, 결합 표현식에 더 이상 자유 매개변수가 남아 있지 않다.
• S(3)-불변 모형에서의 삼중선형 결합 $\lambda_{ijk}$ 는 표준모형과 상당히 다름을 보이며, 명백한 현상물리적 차이를 나타낸다.
• S(3) 이산 대칭성에 의해 강제되는 힉스 포텐셜의 구조는 특정하고 제약된 질량과 결합 패턴을 이끌어내어, 이 모형이 다른 다중 힉스 확장과 구별됨을 보여준다.
• 이 모형은 다섯 개의 CP-짝성 중성 힉스 보손, 두 개의 CP-홀성 중성 힉스 보손, 그리고 네 개의 양성자 힉스 상태를 포함하는 rich한 힉스 스펙트럼을 예측하며, 모든 질량과 결합이 분석적으로 결정된다.
• 결합의 명시적 분석적 형태는 향후 LHC 측정과 직접 비교할 수 있도록 하며, 특히 고정밀 수준에서 힉스 자기결합을 시험하는 데 유용하다.