[論文レビュー] CP breaking in $S(3)$ flavoured Higgs model

E. Barradas-Guevara, O. Félix-Beltrán+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、三重ヒッグスダブルレットを備えた標準模型の $S(3)$ 対称性拡張におけるCP対称性の破れを調査している。ここで、単位スカラー場 $H_S$ によって自発的CP対称性の破れが生じる。このモデルは物理的ヒッグスボソンを九つ、ゴルドストーンボソンを三つ予測し、数値解析により、125 GeVのヒッグスボソン ($H_1^0$) が質量および自己結合において標準模型のヒッグスと一致する、妥当なシナリオが確認された。CP対称性の破れは、$S(3)$ 不変ヒッグス系における複素真空期待値によって生成される。

ABSTRACT

We analyze the Higgs sector of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model including CP violation arising from the spontaneous electroweak symmetry breaking. This extended Higgs sector includes three SU(2) doublets Higgs fields with complex vev's providing an interesting scenario to analyze the Higgs masses spectrum, trilinear Higgs self-couplings and CP violation. We present how the spontaneous electroweak symmetry breaking coming from three $S(3)$ Higgs fields gives an interesting scenario with nine physical Higgs and three Goldstone bosons when spontaneous CP violation arises from the Higgs field $S(3)$ singlet $H_S$. Furthermore, a numerical analysis of the Higgs masses and trilinear Higgs self-couplings is presented. Particularly, we find a physical solution for the scenario in which spontaneous CPB is provided by $H_S$. In this scheme, the scalar Higgs $H^0_1$ is identified, whose mass is 125 GeV and $λ_{H_{1}^0 H_{1}^0 H_{1}^0} \sim λ_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$.

研究の動機と目的

• 三つのSU(2)ダブルレットヒッグス場を持つ標準模型の $S(3)$ 不変拡張のヒッグス系を調査すること。
• 特に $S(3)$ 営みヒッグス場 $H_S$ によって誘導される場合に、このモデルにおける自発的CP対称性の破れの起源とその意味を調査すること。
• CP対称性を破る真空配置下での物理的ヒッグス質量スペクトルおよび三重項自己結合を特定すること。
• 観測された125 GeV ヒッグスボソンがCP偶性の軽いスカラー $H_1^0$ に一致し、標準模型に類似した結合を持つ、物理的に妥当なシナリオを同定すること。

提案手法

• ゲージ不変性と再正則化可能性を保つ三つのSU(2)ダブルレットと一つのシングレット場 $H_S$ を持つ最小の $S(3)$ 不変ヒッグスポテンシャルを構築する。
• 特に $H_S$ からの寄与によって自発的CP対称性の破れを生成するため、ヒッグス場に複素真空期待値（vev）を課す。
• 完全なスカラー・ポテンシャルとその真空周りにおける2次微分を用いて、電荷を帯びたおよび中性のヒッグスボソンの質量行列を導出する。
• 得られた質量行列を数値的に対角化し、物理的ヒッグス質量を抽出し、三つの異なる真空状態においてスペクトルを分析する。
• LHCデータと整合性があるかを評価するため、最も軽いヒッグスボソンの三重項自己結合を標準模型ヒッグスとの間で比較する。
• パラメータ空間を数値的に走査し、$H_1^0$ が125 GeVの質量を持ち、$ ilde{ au}_{H_1^0 H_1^0 H_1^0} \sim \lambda_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$ と一致する物理的解を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三重ヒッグスダブルレットと一つのシングレットを有する $S(3)$ フレーバー付ヒッグス模型において、自発的CP対称性の破れを一貫して生成できるか？
• RQ2 CP対称性の破れが $S(3)$ シングレット $H_S$ から生じる場合、その結果得られるヒッグス質量スペクトルはどのようなものか？
• RQ3 CP対称性を破る真空配置下で、最も軽いCP偶性ヒッグスボソンが125 GeVの質量を持ち、三重項自己結合が標準模型と整合する物理的解が存在するか？
• RQ4 この拡張モデル内での物理的ヒッグス状態の三重項結合は、標準模型のそれとどのように比較できるか？
• RQ5 S(3) 対称性は、真空の安定化とCP対称性を破る物理的ヒッグス系の構築において、果たす役割は何か？

主な発見

• 自発的CP対称性の破れが $S(3)$ シングレット $H_S$ によって誘導される場合、モデルは物理的ヒッグスボソンを合計九つ、ゴルドストーンボソンを三つ予測し、ヒッグス機構と整合的である。
• 観測された125 GeV ヒッグスボソンが、CP偶性の軽いスカラー $H_1^0$ に一致する物理的解が得られ、LHCの観測と一致する。
• $H_1^0$ の三重項自己結合は、標準模型ヒッグスボソンのそれとほぼ等しく、$ \lambda_{H_1^0 H_1^0 H_1^0} \sim \lambda_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$ であることが判明し、現在のデータと整合的であることが示された。
• $H_S$ がCP対称性の破れを生成する状況では、電荷を帯びたヒッグス系に二組の degenerate マスを持つ状態が現れ、中性系には一つの質量ゼロ状態と五つの質量を持つ状態が存在する。
• 数値解析により、$ \gamma_2 \neq 0$ かつ $ \gamma_1 = \gamma_3 = 0$ である真空配置が、一貫性のあるCP対称性を破る真空を提供し、安定なヒッグススペクトルをもたらすことが確認された。
• このモデルは、自発的CP対称性の破れ、フェルミオン質量の生成、標準模型に類似したヒッグスボソンを備えた現実的なヒッグス系を、最小の $S(3)$ 対称性フレームワーク内で実現している。