[논문 리뷰] 2HDM in terms of observable quantities

I. F. Ginzburg, K. Kanishev|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 23.

Blind Source Separation Techniques참고 문헌 2인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 게이지 및 기저에 의존하지 않는 라그랑지안 매개변수에 대한 의존도를 제거하기 위해, 직접 측정 가능한 물리적 양—중성미자 질량, $W^\pm$와의 결합 상수, 삼중 및 4중 힉스 수반점—으로만 두 힉스 이중체 모형(2HDM)을 기술하는 프레임워크를 제안한다. 저자들은 이러한 관측 가능 양에 대해 잠재력 매개변수의 명시적 표현을 유도하여, 힉스 현상물리학에 대한 모형 독립적 분석을 가능하게 하며, CP 보존 조건, 힉스 결합에 대한 합규칙, $hhh$ 수반점에 대한 단순한 공식과 같은 새로운 도구를 제공한다.

ABSTRACT

We express explicitly all parameters of the most general Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) scalar potential via measurable ({\it basic}) quantities plus additional parameters specifying the basis choice. The full set of basic parameters is partitioned into two groups: the first group can be obtained by measuring all the scalar boson masses and the couplings of two neutrals to gauge bosons.The second group, in contrast, does not affect the masses and Higgs-gauge couplings, and can only be determined from processes involving Higgs self-interactions. These basic quantities can be treated as free parameters of model limited by general enough conditions. Apart from this construction {\em per se}, we also obtain three by-products: new sum rules for relative couplings, a clear possibility of the coexistence of relatively light Higgses with the strong interaction in the Higgs sector, and a restriction on the triple-Higgs coupling in the SM-like regime (the latter - in a separate paper).

연구 동기 및 목표

• 2HDM 라그랑지안을 완전히 결정하는 최소한이면서 종합적인 직접 측정 가능한 양(관측 가능 양)의 집합을 정의하는 것.
• 허용되지 않는 게이지 및 기저 선택에 의존하지 않고, 힉스 잠재력의 모든 매개변수를 이러한 관측 가능 양에 대해 명시적으로 표현하는 것.
• 복잡한 모형 의존적 라그랑지안 계수 해석을 피하고 실험 데이터만을 사용하여 2HDM의 현상물리학적 분석을 가능하게 하는 것.
• 미래의 실험 제약 조건과 힉스 데이터에서 매개변수 추출을 위한 기초를 마련하여 특정 이론적 가정에 의존하지 않는 것.

제안 방법

• 오직 하나의 힉스 이중체만 진공 기대값을 가지는 자연스러운 프레임워크로 힉스 기저를 선택하여 물리적 해석을 단순화하는 것.
• 관측 가능 양의 첫 번째 집합으로는 힉스 질량 $M_a$와 $W^\pm$ 보손과의 결합 상수 $g(h_a W^+ W^-)$를 정의하여 중성 힉스 섹터의 질량 행렬과 혼합을 결정하는 것.
• 관측 가능 양의 두 번째 집합으로는 삼중 수반점 $g(H^+ H^- h_a)$와 4중 수반점 $g(H^+ H^- H^+ H^-)$를 정의하여 잠재력의 나머지 매개변수를 제어하는 것.
• 잠재력 매개변수(예: $\mu_{12}^2$, $\lambda_i$)에 대한 명시적 대수적 표현을 관측 가능 양과 비물리적 RPA(재정규화 불변성) 매개변수에 대해 유도하는 것.
• 재정규화 불변성(RPa) 자유도를 활용하여 기저를 고정하고, 모든 물리적 양을 측정 가능한 입력에 대해 모호함 없이 표현하는 것.
• 이 형식을 적용하여 힉스 결합에 대한 새로운 합규칙과 $g(hhh)$ 수반점에 대한 단순한 표현을 도출하는 것, 이는 향후 $hhh$ 결합 측정에 유용하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 게이지 또는 기저 선택에 의존하지 않고 2HDM 라그랑지안을 완전히 결정하는 최소한의 직접 측정 가능한 양의 집합은 무엇인가?
• RQ2 실험 관측 가능 양만을 사용하여 힉스 잠재력의 매개변수를 어떻게 재구성할 수 있는가?
• RQ3 특정 $Z_2$ 대칭성 또는 정렬 조건을 가정하지 않고 일반 2HDM에서 CP 보존을 위한 단순한 기준을 유도할 수 있는가?
• RQ4 2HDM에서 경량 힉스 보손과 강한 힉스 자기상호작용이 동시에 존재할 경우의 의미는 무엇인가?
• RQ5 향후 삼중 및 4중 힉스 수반점 측정을 통해 라그랑지안 매개변수화에 의존하지 않고 모형을 독립적으로 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 2HDM 잠재력을 완전히 결정하는 최소한이면서 종합적인 관측 가능 양 집합—히iggs 질량, $W^\pm$ 결합 상수, $H^+H^-h_a$ 및 $H^+H^-H^+H^-$ 수반점—이 존재한다.
• 모든 잠재력 매개변수(예: $\mu_{12}^2$, $\lambda_1, \dots, \lambda_5$)에 대한 명시적 표현이 관측 가능 양과 RPa 매개변수에 대해 도출되었다.
• $Z_2$ 대칭성이 없는 일반적인 경우에도 적용 가능한 새로운 단순한 CP 보존 조건이 도출되었다.
• 세 개의 중성 힉스 보손이 $W^\pm$ 및 $Z$ 보손과의 결합을 관련짓는 새로운 합규칙이 확보되었다.
• 삼중 힉스 결합 $g(h_{a}h_{a}h_{a})$가 단순하고 명시적인 형태로 표현되었으며, 향후 $hhh$ 결합 측정 분석에 유용하다.
• 이 프레임워크는 일반적인 양성 및 유니타리 제약 조건을 만족하는 한, 관측 가능 양의 임의의 값으로도 가능한 모형이 이론적으로 존재할 수 있음을 보여준다.