[논문 리뷰] Triple and Quartic Interactions of Higgs Bosons in the General Two-Higgs-Doublet Model

M. Dubinin, А. Семенов|ArXiv.org|1998. 12. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 일반적인 이중 힉스 두중자 모형(2HDM)에서 질량 행렬을 네 개의 힉스 보손 질량과 두 개의 혼합 각도에 대해 대각화하여, CP 위반 상호작용을 포함한 삼중 및 사중 힉스 자기상호작용에 대한 완전한 파인만 규칙의 집합을 유도한다. 이는 MSSM에 기반한 제약 조건 하에서 선형 충돌기에서 이중 및 삼중 힉스 보손 생성을 계산하기 위한 압축형 프레임워크를 제공하며, 표준모형을 초월한 힉스 섹터 현상물리학 연구를 위한 정밀도 도구를 제공한다.

ABSTRACT

In the case of minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM), when the pseudoscalar Higgs boson mass is less than the supersymmetry energy scale, the effective theory at the electroweak scale is a two-Higgs-doublet model. We diagonalize the mass matrix of the general two-Higgs-doublet model, expressing Higgs boson self-couplings in terms of two mixing angles and four Higgs boson masses, and derive in a compact form the complete set of Feynman rules, including quartic couplings in the Higgs sector, for the case of CP-violating potential. Some processes of double and triple Higgs boson production at a high-energy linear collider are calculated in the case of mixing angles and scalar boson masses satisfying the MSSM constraints.

연구 동기 및 목표

• 일반적인 이중 힉스 두중자 모형(2HDM)에서 삼중 및 사중 상호작용을 포함한 힉스 자기상호작용 전반에 걸친 파인만 규칙을 체계적으로 유도하는 것.
• 모델에 종속되지 않는 분석을 가능하게 하기 위해, 모든 힉스 자기상호작용을 네 개의 물리적 힉스 보손 질량과 두 개의 혼합 각도로 표현하는 것.
• 이전 연구가 CP 보존 경우에 국한되어 있었던 것과는 달리, 힉스 포텐셜에 있는 CP 위반 효과를 포함하는 것.
• 고에너지 선형 충돌기에서 이중 및 삼중 힉스 보손 생성 과정을 계산하기 위한 실용적인 프레임워크를 제공하는 것.
• MSSM에 기반한 제약 조건 하에서 파생된 형식을 적용하여, 초대칭에 기반한 현상물리학과의 관련성을 확보하는 것.

제안 방법

• 일반적인 2HDM에서 질량 행렬을 대각화하여 물리적 상태와 혼합 매개변수를 추출하는 것.
• 원래의 요카와 및 사중 상호작용 대신 네 개의 물리적 스칼라 질량과 두 개의 혼합 각도를 사용하여 힉스 섹터를 매개변수화하는 것.
• CP 보존 및 CP 위반 경우 모두에 유효한 압축형, 고유성 형태로 모든 삼중 및 사중 힉스 상호작용 정점의 유도.
• 중성 및 가감성 힉스 보손을 포함한 모든 정점의 명시적 구성 — 파인만 규칙의 전체 집합.
• 우도한 낮은 에너지 효과 이론으로서 MSSM을 물리적 기준점으로 사용하며, 허위스칼라 힉스 질량이 SUSY 스케일 이하라고 가정하는 것.
• MSSM에 기반한 매개변수 선택 조건 하에서 선택된 과정 — 이중 및 삼중 힉스 생성 — 의 수치적 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반적인 2HDM에서 CP 위반을 포함한 경우에, 힉스 자기상호작용에 대한 완전한 집합을 어떻게 체계적으로 유도할 수 있는가?
• RQ2 삼중 및 사중 힉스 정점이 네 개의 물리적 힉스 질량과 두 개의 혼합 각도에 대해 어떻게 명시적으로 의존하는가?
• RQ3 히iggs 포텐셜 내의 CP 위반 위상이 힉스 자기상호작용의 구조와 그 현상물리적 서명에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 MSSM에 기반한 매개변수 선택 조건 하에서 선형 충돌기에서 이중 및 삼중 힉스 보손 생성 확률는 얼마인가?
• RQ5 유도된 형식은 모델에 종속되지 않는 방식으로 MSSM 제약 조건 하에서 힉스 섹터의 일관성을 테스트하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 논문은 일반적인 2HDM에서 CP 위반 항을 포함한 모든 삼중 및 사중 힉스 자기상호작용에 대한 완전하고 압축적이며 명시적인 파인만 규칙의 집합을 제공한다.
• 모든 힉스 자기상호작용은 네 개의 물리적 질량과 두 개의 혼합 각도로 표현되어 직접적인 현상물리적 응용이 가능하다.
• 이 형식은 콜라이더 과정에 필수적인 중성 및 가감성 힉스 보손을 포함한 모든 관련 정점을 포함한다.
• 수치적 결과는 이중 및 삼중 힉스 생성 확률가 혼합 각도와 질량 스펙트럼에 민감하게 의존함을 보여주며, 특히 MSSM에 기반한 매개변수 영역에서 두드러진다.
• 유도된 프레임워크는 표준모형을 초월한 모델에서 힉스 자기상호작용의 정밀도 연구를 가능하게 하며, 특히 MSSM의 낮은 에너지 효과 이론 맥락에서 유용하다.
• 이 작업은 향후 LHC 및 선형 충돌기 분석에서 CP 위반 상황 하에서 힉스 섹터 자기상호작용을 다룰 수 있는 기초를 마련한다.