[论文解读] 2HDM in terms of observable quantities

I. F. Ginzburg, K. Kanishev|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2015

Blind Source Separation Techniques参考文献 2被引用 9

一句话总结

本文提出一个框架，仅以可直接测量的物理量——希格斯玻色子质量、与 $W^\pm$ 的耦合、三重和四重希格斯顶点——来描述双 Higgs 双生模型（2HDM），从而摆脱对规范和基底依赖的拉格朗日量参数的依赖。作者推导出势能参数关于这些可观测量的显式表达式，实现了对希格斯现象学的模型无关分析，并提供了新的工具，如 CP 守恒判据、希格斯耦合的和规则，以及 $hhh$ 顶点的简洁公式。

ABSTRACT

We express explicitly all parameters of the most general Two-Higgs-Doublet Model (2HDM) scalar potential via measurable ({\it basic}) quantities plus additional parameters specifying the basis choice. The full set of basic parameters is partitioned into two groups: the first group can be obtained by measuring all the scalar boson masses and the couplings of two neutrals to gauge bosons.The second group, in contrast, does not affect the masses and Higgs-gauge couplings, and can only be determined from processes involving Higgs self-interactions. These basic quantities can be treated as free parameters of model limited by general enough conditions. Apart from this construction {\em per se}, we also obtain three by-products: new sum rules for relative couplings, a clear possibility of the coexistence of relatively light Higgses with the strong interaction in the Higgs sector, and a restriction on the triple-Higgs coupling in the SM-like regime (the latter - in a separate paper).

研究动机与目标

• 定义一组最小且全面的可直接测量量（可观测量），以完全确定 2HDM 拉格朗日量。
• 将希格斯势的所有参数显式地用这些可观测量表示，消除对非物理规范和基底选择的依赖。
• 仅使用实验数据实现对 2HDM 的现象学分析，绕过对拉格朗日系数复杂且依赖模型的解释。
• 为未来实验约束和从希格斯数据中提取参数提供基础，而无需依赖特定理论假设。

提出的方法

• 将希格斯基底确定为自然框架，其中仅一个希格斯双态获得真空期望值（vev），从而简化物理解释。
• 将第一组可观测量定义为希格斯质量 $M_a$ 和与 $W^\\pm$ 玻色子的耦合 $g(h_a W^+ W^-)$，这些量决定了中性希格斯场的混合和质量矩阵。
• 将第二组可观测量定义为三重顶点 $g(H^+ H^- h_a)$ 和四重顶点 $g(H^+ H^- H^+ H^-)$，这些量控制势能的剩余参数。
• 推导出势能参数（如 $\mu_{12}^2$、$\lambda_i$）关于可观测量和非物理 RPA（重参数化不变性）参数的显式代数表达式。
• 利用重参数化不变性（RPa）自由度固定基底，将所有物理量无歧义地表示为可测量输入的函数。
• 将该形式化方法应用于推导希格斯耦合的新和规则以及 $g(hhh)$ 顶点的简洁表达式，对未来的 $hhh$ 耦合测量具有实用价值。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么最小可观测量集合可完全确定 2HDM 拉格朗日量，且不依赖规范或基底选择？
• RQ2 如何仅从实验可观测量重构希格斯势的参数？
• RQ3 能否在不假设 $Z_2$ 对称性或对齐极限的情况下，为一般 2HDM 推导出一个简单的 CP 守恒判据？
• RQ4 在 2HDM 中，轻希格斯玻色子与强希格斯自相互作用共存的含义是什么？
• RQ5 未来对三重和四重希格斯顶点的测量如何用于独立于拉格朗日参数化方式来约束该模型？

主要发现

• 一组最小且全面的可观测量——希格斯质量、$W^\pm$ 耦合，以及 $H^+H^-h_a$ 和 $H^+H^-H^+H^-$ 顶点——可完全确定 2HDM 势能。
• 推导出所有势能参数（如 $\mu_{12}^2$、$\lambda_1, \dots, \lambda_5$）关于可观测量和 RPa 参数的显式表达式。
• 推导出一个新且简洁的 2HDM 中 CP 守恒判据，适用于一般情况且无需 $Z_2$ 对称性。
• 获得一个希格斯耦合的新和规则，该规则将三个中性希格斯玻色子与 $W^\pm$ 和 $Z$ 玻色子的耦合联系起来。
• 三重希格斯耦合 $g(h_{a}h_{a}h_{a})$ 以简洁显式形式表达，有利于未来 $hhh$ 耦合测量的分析。
• 该框架表明，在仅受一般正定性和幺正性约束的前提下，原则上可实现具有任意可观测量值的模型。