[論文レビュー] CP violation in the Standard Model with a complex singlet

Neda Darvishi, Maria Krawczyk|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、標準模型に複素スレートヒッグスを追加して、自発的CP対称性の破れを探索する。ジャールスコ・不変量（CP対称性の破れの強さを測る）は、標準模型と比較して顕著に増大するが、電気双極子モーメント（EDM）は増大せず、実験的制約と整合的である。モデルは3つの中性ヒッグス状態を予測し、125 GeVのヒッグスは主に標準模型のダブルット由来であるが、スレート状態と混合している。

ABSTRACT

CP violation of the Standard Model (SM) is insufficient to explain the baryon asymmetry in the Universe and therefore an additional source of CP violation is needed. Here we consider the extension of the SM by a neutral complex singlet and discuss the physical conditions for a spontaneous CP violation in such model. In the model there are three neutral Higgs particles. Assuming the lightest one to be the 125 GeV Higgs boson found at LHC we calculate masses of the additional Higgs scalars and perform a numerical study of the allowed region of parameters. The scenario according to which the SM-like Higgs particle comes mostly from the SM-like SU(2) doublet, with a small modification coming from the singlet, is in agreement with the newest $R_{\gamma \gamma}$ and precise EW (parameters S, T) data. We have found that the Jarlskog invariant, measuring the strength of the CP violation, can be enhanced as compared to the one in the SM, at the same time there is no corresponding enhancements expected for the Electric Dipole Moment (EDM).

研究の動機と目的

• 宇宙における観測されたバリオン非対称性を説明するための、標準模型におけるCP対称性の破れの不十分さを解決する。
• 複素スレートの拡張が、実現可能なヒッグス系において自発的CP対称性の破れを生成できるかどうかを調査する。
• 125 GeVのヒッグスボソンのデータと精密電磁力学的観測量（S, T）を用いて、モデルのパラメータ空間を制約する。
• スレートの影響がCP対称性の破れ現象、特にジャールスコ不変量と電気双極子モーメント（EDM）に与える影響を評価する。
• CP対称性の破れの強化が、観測可能なEDMの増大を引き起こさない場合、実験的制限と矛盾しないかどうかを特定する。

提案手法

• 標準模型のヒッグス系に複素スレートスカラーを導入し、3つの中性ヒッグス状態のスペクトルを生成する。
• 複素パラメータを含むスカラー・ポテンシャルを構築し、自発的CP対称性の破れを可能にする。
• 最も軽いヒッグス状態がLHCで観測された125 GeVボソンであるという要件を満たすことで、モデルのパラメータを制約する。
• R_{\gamma\gamma}およびS, Tの精密電磁力学的データと整合するパラメータ空間のスキャンを数値的に実行する。
• CP対称性の破れの強さを定量化するためのジャールスコ不変量を計算し、トップクォークおよび中性子の電気双極子モーメント（EDM）を評価して、現象的妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型に複素スレートを追加することで、自発的CP対称性の破れの実現可能なメカニズムを生成できるか？
• RQ2 最も軽いヒッグスが125 GeV状態であるという条件下で、追加のヒッグスボソンの質量にどのような制約が課されるか？
• RQ3 このモデルにおいて、ジャールスコ不変量は標準模型と比較してどの程度増大できるか？
• RQ4 CP対称性の破れの増大が、実験的制限と矛盾する電気双極子モーメント（EDM）の増大を引き起こすか？
• RQ5 125 GeVのヒッグスが主に標準模型に類似したダブルット状態であり、小さなスレート成分を含むという状況は、現在のLHCおよび精密電磁力学的データと整合的か？

主な発見

• このモデルでは、標準模型と比較してジャールスコ不変量が顕著に増大し、より強いCP対称性の破れを示している。
• CP対称性の破れの増大は、電気双極子モーメント（EDM）の増大を伴わず、実験的制限と整合的である。
• 125 GeVのヒッグスが主に標準模型に類似したダブルット状態であり、小さなスレート成分を含むという状況は、R_{\gamma\gamma}および精密電磁力学的データ（S, T）と整合的である。
• 数値的スタディにより、追加のヒッグススカラーの質量が、スレート混合の程度に応じて縮重しているか、広く分離しているかの両方の可能なパラメータ領域が特定された。
• 複素スカラー・ポテンシャルのパラメータを通じて、スレートの真空期待値がCP対称性を破ることで、自発的CP対称性の破れが実現される。