[論文レビュー] The Aligned two-Higgs Doublet model

Antonio Pich, Paula Tuzón|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、2つのヒッグスダブルレットのヤコビ行列を整合させることで、樹形階のフラバー変換型中性荷電現在（FCNC）を回避する、標準模型の一般化であるアライメント済み二ヒッグスダブルレット模型（aTHDM）を提案する。この模型は、3つの複素数 $\xi_f$ パラメータによってパラメータ化され、それらはフラバー保存を保ちつつ、CP破れの新たな源を提供する。この模型は、タイプI、II、X、Y、およびインert模型といった既知の $\varXi_2$ 対称性を持つ模型を統合・拡張する。

ABSTRACT

In the two-Higgs-Doublet model the alignment of the Yukawa flavour matrices of the two scalar doublets guarantees the absence of tree-level flavour-changing neutral couplings. The resulting fermion-scalar interactions are parameterized in terms of three complex parameters, leading to a generic Yukawa structure which contains as particular cases all known specific implementations of the model based on Z2 symmetries. These three complex parameters are potential new sources of CP violation.

研究の動機と目的

• 二ヒッグスダブルレット模型（THDM）の一般枠組みを特定し、離散的 $\varXi_2$ 対称性に依存せずに、樹形階のフラバー変換型中性荷電現在（FCNC）を回避すること。
• 対称性の要請を緩和することで、既知の $\varXi_2$ 対称性を持つ模型（タイプI、II、X、Y、インert）を統一的クラスに一般化すること。
• アライメント済みTHDMにおけるCP破れの新たな源として、3つの複素数 $\xi_f$ パラメータを特定し、CKM位相とは異なるものとする。
• $t \to H^+b$ 衰え、 $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$、および $D_s^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ 衰えからの物理的制約を分析すること。
• 量子補正が、最小フラバー破れ（Minimal Flavour Violation）と整合する構造を持つFCNCを生成することを確立し、予測力の維持を保証すること。

提案手法

• 2つのヒッグスダブルレットのヤコビ結合行列の整合性を課すことにより、$\Gamma_2 = \xi_d e^{-i\theta} \Gamma_1$、$\Delta_2 = \xi_u^* e^{i\theta} \Delta_1$、$\Pi_2 = \xi_l e^{-i\theta} \Pi_1$ とすることで、樹形階のFCNCを排除する。
• 物理的スカラー状態のスクリーニングを簡素化するため、ヒッグス基底にモデルを変換し、1つのダブルレットのみが真空期待値をとることを保証する。
• フェルミオン-スカラー相互作用を3つの複素数パラメータ $\zeta_f = \xi_f / \sqrt{1 + |\xi_f|^2}$ でパラメータ化し、相対的結合強度を記述する。
• フェルミオン質量固有状態基底における有効ラグランジアンを導出し、$V_{CKM}$、$M_f$、および $\zeta_f$ の特定の組み合わせのみが、ループ階でFCNCを生成することを示す。
• フェルミオン場のフラバー依存位相変換に対する不変性を用いて、ループ誘導FCNCの構造を最小フラバー破れに類似させる制約を課す。
• $e^+e^- \to H^+H^-$、$t \to H^+b$、および半レプトン的中間子崩壊からの実験的制約を用い、$\zeta_f$ パラメータを制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離散的 $\chi_2$ 対称性を課さずに、二ヒッグスダブルレット模型で樹形階のFCNCをどのように回避できるか？
• RQ2 アライメント済みTHDMにおけるヤコビ相互作用の一般的構造は何か？また、3つの複素数 $\zeta_f$ パラメータは、既知の $\chi_2$ 対称性を持つ模型をどのように統合するか？
• RQ3 $t \to H^+b$ 衰えおよび半レプトン的中間子崩壊からの $\zeta_f$ パラメータの物理的制約は何か？
• RQ4 量子補正はアライメント済みTHDMでどのようにFCNCを生成するか？また、それらの誘導相互作用の構造は何か？
• RQ5 $\zeta_f$ パラメータはCKM位相とは別に、CP破れの新たな源として果たす役割は何か？

主な発見

• アライメント済みTHDMは、2つのヒッグスダブルレットのヤコビ結合行列をフレーバースペース内で整合させることで、樹形階のFCNCを排除し、$\chi_2$ 対称性を持つ模型を一般化する。
• この模型は完全に3つの複素数 $\zeta_f$ パラメータ（$\zeta_d$、$\zeta_u$、$\zeta_l$）によってパラメータ化され、それらは相対的結合強度を記述するとともに、CP破れの新たな源を提供する。
• $\zeta_f$ パラメータは、既知の模型を統合する：タイプI、II、X、Y、およびインエルト模型は、$\xi_f$ の特定の選択、したがって $\zeta_f$ の特定の選択に対応し、表1に示す。
• $B^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ からの実験的制約により、90%信頼区間で $M_{H^\pm}/\sqrt{|\mathrm{Re}(\zeta_l^* \zeta_d)|} > 5.7$ GeV が得られる。
• $D_s^+ \to \tau^+ \nu_\tau$ からの制約により、90%信頼区間で $M_{H^\pm}/\sqrt{|\mathrm{Re}(\zeta_l^* \zeta_u)|} > 4.4$ GeV が得られ、$\zeta_l$ の結合に対する感度が示される。
• ループ誘導FCNCは、フェルミオン場のフラバー依存位相変換に対するラグランジアンの不変性から生じ、最小フラバー破れと整合する構造を持つ。