[논문 리뷰] The Higgs as a harbinger of flavor symmetry

Gautam Bhattacharyya, Heinrich Päs외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 22인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 세 개의 $SU(2)$ 스칼라 이중체를 가진 $S_3$ 풍미 대칭 모형을 제안하며, 질량 계층과 풍미 혼합을 안정화시켜 비표준 모형의 풍미 대칭을 직접 탐사할 수 있는 특이한 힉스 붕괴 모드를 이끌어낸다. 모형의 스칼라 포텐셜 최소화는 LHC에서 검출 가능할 수 있는 특징적인 힉스 붕괴—예를 들어 $h \to \phi\phi$—를 예측한다.

ABSTRACT

Discrete symmetries employed to explain flavor mixing and mass hierarchies are often associated with an enlarged scalar sector which might lead to exotic Higgs decay modes. In this paper, we explore such a possibility in a scenario with $S_3$ flavor symmetry which requires three scalar $SU(2)$ doublets. The spectrum is fixed by minimizing the scalar potential, and we observe that the symmetry of the model leads to tantalizing Higgs decay modes potentially observable at the CERN Large Hadron Collider (LHC).

연구 동기 및 목표

• 이산 $S_3$ 풍미 대칭을 사용하여 풍미 혼합과 페르미온 질량 계층을 설명하기 위해.
• 표준 모형 힉스 이중체를 초월한 스칼라 섹터의 확장을 조사하기 위해.
• 이러한 모형이 LHC에서 관측 가능한 힉스 붕괴 모드를 예측하는지 확인하기 위해.
• 물리적 스펙트럼과 결합 상수를 고정하기 위해 스칼라 포텐셜 최소화를 분석하기 위해.
• 풍미 대칭 붕괴에서 비롯된 새로운 물리학의 서명을 규명하기 위해.

제안 방법

• 풍미 구조를 제약하기 위해 세 개의 $SU(2)$ 스칼라 이중체를 가진 $S_3$ 풍미 대칭을 구현하기 위해.
• $S_3$에 대해 불변인 스칼라 포텐셜을 구성하고, 이를 최소화하여 진공 구조를 결정하기 위해.
• 스칼라 질량 행렬을 대각화하여 물리적 힉스 상태, 특히 표준 모형 유사 힉스 보손을 식별하기 위해.
• 힉스 보손이 비표준 스칼라 최종 상태로 붕괴하는 데 대한 붕괴 분지비를 계산하기 위해, 예를 들어 $h \to \phi\phi$.
• 이론적 횡단단면 추정치를 사용하여 CERN 대형 하드론 충돌기(LHC)에서 이러한 비표준 붕괴의 검출 가능성 평가하기 위해.
• 군 이론적 방법을 사용하여 스칼라 표현을 분류하고 풍미 혼합 패턴과의 일관성을 확보하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세 개의 스칼라 이중체를 가진 $S_3$ 풍미 대칭을 도입할 경우 나타나는 현상학적 결과는 무엇인가요?
• RQ2 스칼라 포텐셜과 진공 정렬이 힉스 섹터 스펙트럼에 어떻게 제약을 가하는가요?
• RQ3 이 모형이 예측하는 비표준 힉스 붕괴 모드는 무엇이며, 표준 모형 기대와 어떻게 다릅니까?
• RQ4 현재 또는 근래의 루미노시티로 이러한 비표준 붕괴를 LHC에서 관측할 수 있나요?
• RQ5 스칼라 포텐셜 최소화가 물리적 질량과 결합 상수를 고정하는 데 어떤 역할을 합니까?

주요 결과

• $S_3$ 풍미 대칭과 세 개의 스칼라 이중체는 스칼라 질량 스펙트럼을 고정하는 안정된 진공 구조를 제공한다.
• 이 모형은 표준 모형 힉스와 추가 스칼라 이중체 간의 혼합으로 인해 발생하는 비표준 힉스 붕괴 모드를 예측한다. 예를 들어 $h \to \phi\phi$.
• 이러한 비표준 붕괴는 $S_3$ 대칭 붕괴에 의해 유도된다.
• 비표준 붕괴의 분지비는 비소멸적이며, 힉스와 새로운 스칼라 간 질량 차이에 따라 LHC에서 관측 가능할 수 있다.
• 이 모형은 정밀 조정이 필요 없이 자연스러운 풍미 구조의 프레임워크를 제공하며, 힉스 섹터와 페르미온 질량 기원을 연결한다.
• 다수의 스칼라 이중체와 대칭 구조는 표준 모형을 초월한 풍부한 힉스 현상학을 이끈다.