[論文レビュー] The charged Higgs boson mass in the 2HDM: decoupling and CP violation

Maria Krawczyk, Dorota Sokołowska|ArXiv.org|Nov 30, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、明示的および自発的CP対称性の破れを伴う2ヒッグスダブルレットモデル（2HDM）において、荷電ヒッグスボソン質量 $ M_{H^{/pm}} $ を調査し、大きな $ M_{H^{/pm}} $ 値（600 GeV以上）が $ Z_2 $ 対称性およびCP対称性の破れを示すことを示している。$ M_{H^{/pm}} $ は $ \lambda_5 > \lambda_4 $ および $ \nu < \lambda_5 $ によって制約され、デカップリング限界では $ \nu $ が大きくなければ $ M_{H^{/pm}} $ は約700 GeVに制限される。$ b\to s\gamma $ および $ B\to\tau\nu $ からの実験的制約は、$ \tan\beta > 2 $ の場合に95%信頼水準で $ M_{H^\pm} > 295 $ GeV を支持している。

ABSTRACT

Mass range of the charged Higgs boson in the 2HDM with explicit and spontaneous CP violation is discussed. Constraints on M_H+ in the CP conserving 2HDM(II) are shown.

研究の動機と目的

• 明示的および自発的CP対称性の破れを伴う2HDMにおける荷電ヒッグスボソン $ M_{H^{\pm}} $ の質量範囲を検討する。
• $ Z_2 $ 対称性の破れがCP対称性の破れを引き起こす役割と、$ M_{H^{\pm}} $ に与える影響を分析する。
• 特に $ b\to s\gamma $ および $ B\to\tau\nu $ 衰えからの実験的データによって $ M_{H^{\pm}} $ に課される制約を特定する。
• デカップリング限界と、CP対称性の破れを伴う2HDMにおける $ M_{H^{\pm}} $ に与える影響を調査する。
• 真空期待値と物理的ヒッグスボソン質量との関係、特に $ \nu = \Re(m_{12}^2)/(2v_1v_2) $ の役割を評価する。

提案手法

• 一般の複素パラメータ $ \lambda_{5-7}, m_{12}^2 \in \mathbb{C} $ を用いた2HDMのポテンシャルを分析し、明示的および自発的CP対称性の破れを許容する。
• ポテンシャルの一次微分から極値条件を導出し、$ u $, $ v_1 $, $ v_2 $, およびCP対称性の破れを示す位相 $ \xi $ に対する制約を導く。
• 再パラメトライゼーション不変性を用いて真空構造を固定し、CP対称性の破れの主要なパラメータとして $ \nu = \Re(m_{12}^2)/(2v_1v_2) $ を用いる。
• 物理的ヒッグスボソン質量は $ M_{H^{\pm}}^2 = \frac{v^2}{2}(\lambda_5 - \lambda_4) $ および $ M_A^2 = v^2 \lambda_5 \sin^2\xi $ を用いて計算し、$ v = 246 $ GeV とする。
• $ b\to s\gamma $ および $ B\to\tau\nu $ の1ループ計算と、treeレベルでの $ \tau $ 衰えを用いて実験的制約を適用する。
• ソフトに破壊された $ Z_2 $ 対称性の下でパラメータ空間をスキャンし、$ \tan\beta = v_2/v_1 $, $ \alpha $, および $ \chi_V = \sin(\beta - \alpha) $ を主な結合定数とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 明示的および自発的CP対称性の破れを伴う2HDMにおける荷電ヒッグスボソン $ M_{H^{\pm}} $ の許容される質量範囲は何か？
• RQ2 パラメータ $ \nu = \Re(m_{12}^2)/(2v_1v_2) $ は $ H^{\pm} $ および $ A $ の物理的質量にどのように影響を与え、どのような制約を課すか？
• RQ3 自発的CP対称性の破れを伴う2HDMにおいて、デカップリング限界は実現可能か？ その場合、$ M_{H^{\pm}} $ にどのような意味を持つのか？
• RQ4 $ b\to s\gamma $, $ B\to\tau\nu $, および $ \tau $ 衰えからの実験的制約は、許容される $ M_{H^{\pm}} $ 値にどのように制限を加えるか？
• RQ5 CP保存型2HDM(II)モデルにおいて、中性ヒッグスボソン $ h, H, A $ のフェルミオンおよびゲージボソンへの結合定数は、$ \tan\beta $ および $ \alpha $ にどのように依存するか？

主な発見

• 大きな $ M_{H^{\pm}} $ 値（600–700 GeV以上）は、$ Z_2 $ 対称性およびCP対称性の破れの明確な兆候であり、正確な $ Z_2 $ 対称性の下では達成できない。
• CP対称性の破れを伴う2HDMにおけるデカップリングは、$ \nu $ が大きい場合にのみ可能である。なぜなら $ M_{H^{\pm}}^2 = \frac{v^2}{2}(\lambda_5 - \lambda_4) $ が $ \nu $ に依存しないため、最大値が制限されるからである。
• 自発的CP対称性の破れには $ \sin\xi \neq 0 $ が必要であり、これにより $ \cos\xi = \nu / \lambda_5 $ が得られ、$ M_A^2 = v^2 \lambda_5 \sin^2\xi $ の正定値性から $ \lambda_5 > 0 $ が要求される。
• NNLO精度での $ b\to s\gamma $ の1ループ計算から、$ \tan\beta > 2 $ の場合に95%信頼水準で $ M_{H^{\pm}} > 295 $ GeV が得られ、図1（左）に示されている。
• $ \tau \to e\nu\bar{\nu} $ の1ループ解析では、$ \Delta \sim \tan^2\beta \left(\ln\frac{M_h}{M_{H^+}} + 1\right) $ に従う曲線の下側領域が除外され、除外領域は $ M_A $ および $ M_{H^+} $ に依存する。図1（右）に示されている。
• $ B\to\tau\nu $ および $ b\to s\gamma $ からの制約は相補的である：前者はtreeレベルの制約を提供し、後者は中性ヒッグスボソンの質量に敏感なループレベルの制約を提供する。