[논문 리뷰] The Two Higgs Doublet Model and the Multiple Point Principle

C.D. Froggatt, Л. В. Лаперашвили외 3명|ArXiv.org|2004. 12. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 두 힉스 두중체 모형(2HDM)에 다중 점 원리(MPP)를 적용하여, 자연이 다중 진공—전기약력 진공과 플랑크 규모 근처의 고에너지 진공—이 동일한 진공 에너지 밀도를 가지도록 결합 상수를 선택한다고 제안한다. MPP 조건은 CP를 보존하는 포텐셜을 유도하며, 풍미 변화가 없는 중성미온을 포함하고, 계단형 힉스 스펙트럼을 예측한다. 큰 tanβ의 경우, 플랑크 규모에서 가장 가벼운 힉스 보손 질량은 137±12 GeV로 제약된다.

ABSTRACT

According to the multiple point principle, Nature adjusts coupling parameters so that many vacuum states exist and each has approximately zero vacuum energy density. We apply this principle to the general two-Higgs doublet extension of the Standard Model, by requiring the existence of a large set of degenerate vacua at an energy scale much higher than the presently realized electroweak scale vacuum. It turns out that two scenarios are allowed. In the first scenario, a CP conserving Higgs potential and the absence of flavour changing neutral currents are obtained without fine-tuning. In the second scenario, the photon becomes massive in the high scale vacua. We briefly discuss the resulting phenomenology.

연구 동기 및 목표

• 일반적인 두 힉스 두중체 모형(2HDM)에 다중 점 원리(MPP)를 적용하며, 대칭성 조건을 도입하지 않는다.
• MPP가 미세조정 없이 풍미 변화가 있는 중성미온(FCNCs)을 자연스럽게 억제할 수 있는지 탐구한다.
• 전기약력 진공과 고에너지 진공 간의 에너지 밀도가 동일한 조건을 강제하는 MPP 조건을 유도한다.
• 특히 큰 tanβ 근처에서 MPP 조건 하에 힉스 질량 스펙트럼을 예측한다.

제안 방법

• 10개의 독립된 결합 상수가 있는 두 개의 이중체에 대한 가장 일반적인 양자역학적 SU(2)×U(1) 게이지 불변 힉스 포텐셜을 수립한다.
• 효과적 결합 상수가 총 힉스 필드 노름 Φ² = |H₁|² + |H₂|²에만 의존한다고 가정하여, 양자군 변화를 가능하게 한다.
• 전기약력 진공(v ≈ 246 GeV)과 고에너지 진공(Φ ≈ M_Pl) 간의 진공 에너지 밀도가 동일하다는 조건을 MPP로 적용한다.
• 스케일 Λ에서 λ₅(Λ) = λ₆(Λ) = λ₇(Λ) = βλ₅(Λ) = βλ₆(Λ) = βλ₇(Λ) = 0 및 λ̃(Λ) = βλ̃(Λ) = 0 조건을 설정하여, CP 불변성과 FCNC의 부재를 보장한다.
• 포텐셜이 에너지 범위 전반에서 아래로 유한하게 유지되도록 안정성 조건(19)을 도입한다.
• 10 TeV에서 M_Pl까지의 스케일 범위에서 MPP 조건이 힉스 스펙트럼에 미치는 영향을 수치적으로 분석하며, 특히 큰 tanβ에 중점을 둔다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 점 원리(MPP)는 미세조정 없이 2HDM에서 CP를 보존하는 힉스 포텐셜을 자연스럽게 유도할 수 있는가?
• RQ2 MPP 조건은 명시적인 Z₂ 대칭을 요구하지 않고도 2HDM에서 풍미 변화가 있는 중성미온을 억제하는가?
• RQ3 특히 플랑크 규모에서 MPP 조건 하에 힉스 보손 질량의 예측값은 무엇인가?
• RQ4 MPP 조건은 큰 tanβ 영역에서 힉스 자기결합 상수와 가장 가벼운 힉스 질량을 어떻게 제약하는가?
• RQ5 미래의 충돌기에서 힉스 결합 상수와 질량 측정을 통해 MPP 조건을 검증할 수 있는가?

주요 결과

• 스케일 Λ에서 MPP 조건 λ₅(Λ) = λ₆(Λ) = λ₇(Λ) = βλ₅(Λ) = βλ₆(Λ) = βλ₇(Λ) = 0은 CP 불변성과 부드럽게 깨진 Z₂ 대칭을 강제하여, 미세조정 없이도 풍미 변화가 있는 중성미온을 제거한다.
• 스케일 Λ에서 추가적인 MPP 조건 λ̃(Λ) = βλ̃(Λ) = 0은 비제로 힉스 자기결합 상수 간에 두 개의 독립적인 관계를 제공하며, 향후 충돌기에서 검증 가능하다.
• 큰 tanβ와 Λ = M_Pl일 경우, 가장 가벼운 힉스 보손 질량은 137±12 GeV로 예측되며, MPP 스케일이 증가함에 따라 제약 조건이 더욱 강화된다.
• 큰 tanβ 근처에서, 무거운 스칼라, 페시터, 그리고 양성전하 힉스 보손은 질량이 약 300 GeV 이상에서 거의 일치한다.
• very large tanβ ≈ m_t(M_t)/m_b(M_t)일 경우, λ₂(Λ)에 대한 제약 조건이 완화되어 Λ = M_Pl일 때 가장 가벼운 힉스 질량의 상한선이 180 GeV으로 증가한다.
• 부드러운 슈퍼대칭 붕괴 항목을 무시할 경우, 최소 초대칭 표준모형에서 고에너지 스케일에서 MPP 조건은 정확히 만족되며, 이는 MPP와 초대칭 간의 깊은 연결성을 시사한다.