[论文解读] CP violation and BSM Higgs bosons

Venus Keus|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 4

一句话总结

本文研究了标准模型之外的扩展希格斯规范体系中的电荷宇称破坏（CPV），重点关注包含活性与惰性标量双重态的2HDM与3HDM。研究发现，2HDM中的CPV受到电偶极矩实验的严格限制，无法支持暗物质，但具有惰性CP破坏区域的3HDM可容纳可行的暗物质候选者并实现无界CPV，为两种现象提供一致的理论框架。

ABSTRACT

We study extensions of the Standard Model (SM) in which copies of the SM scalar SU(2) doublet are added to the Higgs sector. These scalar doublets either acquire a Vacuum Expectation Value (VEV) and hence are active or do not develop a VEV and are inert. We consider CP-violation (CPV) in both the active and inert sector. As an example of a model with CPV in the active sector, we present a Type-I 2-Higgs-Doublet Model (2HDM) with two active doublets and show Large Hadron Collider (LHC) signals of such a scenario. The amount of CPV in this case is very limited due to constraints coming from Electric Dipole Moment experiments. Moreover, 2HDMs with only active doublets do not provide a Dark Matter (DM) candidate. As a result, we turn to 3-Higgs-Doublet Models (3HDMs) where unbounded CPV and viable DM candidates could be introduced simultaneously in the inert sector. We investigate DM phenomenology of such models.

研究动机与目标

• 探索标准模型之外扩展希格斯规范体系中的CP破坏。
• 解决2HDM在同时容纳CP破坏与暗物质方面的局限性。
• 构建一个三重希格斯双重态模型（3HDM），使CP破坏与暗物质候选者在惰性区域共存。
• 分析此类模型的LHC信号与现象学可行性。

提出的方法

• 构建一个具有两个活性双重态的I型2-Higgs-Doublet Model（2HDM），以研究希格斯规范体系中的CPV。
• 应用电偶极矩（EDM）实验的约束，以限制活性区域中的CPV。
• 在3HDM中引入一个惰性标量双重态区域，以提供一个暗物质候选者。
• 采用质量排序 m_S1 ≈ m_S3 ≪ m_S2 来稳定惰性区域，并允许CP破坏相互作用。
• 分析惰性双重态的理论物理，包括暗物质遗迹密度与直接探测约束。
• 评估在2HDM与3HDM框架下，由扩展希格斯规范体系引发的LHC信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有惰性双重态的3HDM中，希格斯规范体系中能否一致地实现CP破坏？
• RQ2 具有CP破坏活性双重态的2HDM在LHC中可能产生哪些可行的信号？
• RQ3 3HDM中的惰性区域如何在允许CP破坏的同时支持稳定的暗物质候选者？
• RQ4 电偶极矩测量对活性区域中CP破坏的约束是什么？
• RQ5 一个同时具有CP破坏惰性区域与可行暗物质候选者的3HDM是否具有现象学可行性？

主要发现

• 仅含活性双重态的2HDM中的CP破坏受到电偶极矩实验的严重限制，显著缩小了其现象学适用范围。
• 仅含活性双重态的2HDM无法提供可行的暗物质候选者，原因在于缺乏稳定的中性态。
• 具有惰性双重态区域的3HDM允许在惰性区域中实现无界的CP破坏，从而规避EDM约束。
• 质量排序 m_S1 ≈ m_S3 ≪ m_S2 稳定了惰性区域，并使可行的暗物质候选者成为可能。
• 该模型支持质量约为电弱尺度的暗物质候选者，与遗迹密度和直接探测限制一致。
• 2HDM情形下的LHC信号受CPV限制，但3HDM框架由于存在CP破坏惰性相互作用，展现出更丰富的现象学特征。