[论文解读] S(3) flavoured Higgs model trilinear self-couplings

E. Barradas-Guevara, O. Félix-Beltrán+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2014

Black Holes and Theoretical Physics被引用 12

一句话总结

本文提出了在具有三个 SU(2) 希格斯双态的最小 S(3)-不变标准模型扩展中，三线性希格斯自耦合的分析框架。它推导出物理希格斯粒子质量及所有三线性耦合的精确表达式，以希格斯势参数、标量旋转角 $\theta_S$ 和带电希格斯混合参数 $\omega_3$ 表示，显示出与标准模型预测的显著偏离，尤其在将最轻希格斯粒子质量固定为 125 GeV 时更为明显。

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.

研究动机与目标

• 分析具有三个 SU(2) 希格斯双态的最小 S(3)-不变标准模型扩展中的希格斯 sector。
• 以希格斯势参数和混合角 $\theta_S$、$\omega_3$ 表示，解析计算物理希格斯玻色子质量的精确表达式。
• 以希格斯质量及两个自由参数 $\theta_S$ 和 $\omega_3$ 表示，推导出所有三线性希格斯自耦合 $\lambda_{ijk}$ 的显式解析表达式。
• 证明希格斯质量与耦合唯一地关联于 S(3) 离散对称性结构，使该模型有别于其他扩展。
• 将三线性耦合与标准模型进行比较，显示其显著偏离标准行为。

提出的方法

• 该模型通过将三个 SU(2) 希格斯双态在 S(3) 风味群下变换为一个 singlet 和一个 doublet 表示，扩展了标准模型。
• 希格斯势被构建为 CP 不变且 S(3) 对称，导致一个 12×12 的质量矩阵，并被解析对角化。
• 物理希格斯质量被表示为十个自由参数和真空期望值的函数，明确依赖于标量混合角 $\theta_S$ 和带电希格斯混合参数 $\omega_3$。
• 三线性自耦合 $\lambda_{ijk}$ 通过希格斯质量谱和混合参数 $\theta_S$、$\omega_3$ 以及势参数，以闭合形式计算得出。
• 耦合 $\lambda_{ijk}$ 的表达式源自标量势，涉及 $\theta_S$ 和 $\omega_3$ 的三角函数，其系数取决于势耦合。
• 将最轻希格斯玻色子质量固定为 125 GeV 以匹配实验观测，从而可与标准模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 S(3)-不变的三希格斯双态模型中，物理希格斯质量如何依赖于希格斯势参数和混合角 $\theta_S$ 与 $\omega_3$？
• RQ2 该模型中所有三线性希格斯自耦合 $\lambda_{ijk}$ 的显式解析表达式是什么？
• RQ3 该 S(3)-味型模型中的三线性耦合与标准模型中的三线性耦合在数量上如何不同？
• RQ4 S(3) 离散对称性在多大程度上约束了希格斯势结构和由此产生的希格斯质量谱？
• RQ5 该模型对三线性耦合的预测能否与标准模型及其他扩展（如 MSSM 或 2HDM）的预测区分开来？

主要发现

• 物理希格斯质量被精确且解析地表示为希格斯势参数、标量混合角 $\theta_S$ 和带电希格斯混合参数 $\omega_3$ 的函数，且最轻希格斯玻色子质量被固定为 125 GeV。
• 所有三线性希格斯自耦合 $\lambda_{ijk}$ 均以闭合形式推导得出，显式依赖于希格斯质量及两个自由参数 $\theta_S$ 和 $\omega_3$，且耦合表达式中不再含有自由参数。
• S(3)-不变模型中的三线性耦合 $\lambda_{ijk}$ 显著不同于标准模型中的结果，表明其具有明确的唯象学差异。
• 由 S(3) 离散对称性强制的希格斯势结构，导致质量与耦合具有特定且受约束的模式，使该模型可与其它多希格斯扩展区分开来。
• 该模型预测了一个丰富的希格斯谱系，包含五个 CP 偶性中性希格斯玻色子、两个 CP 奇性中性希格斯玻色子，以及四个带电希格斯态，所有粒子的质量与耦合均可解析确定。
• 耦合的显式解析形式使得其可与未来 LHC 测量结果直接比较，尤其适用于高精度水平下对希格斯自耦合的检验。