[论文解读] CP breaking in $S(3)$ flavoured Higgs model

E. Barradas-Guevara, O. Félix-Beltrán+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文研究了在具有三个希格斯双态的规范群 $S(3)$ 对称性扩展的标准模型中，CP 破坏的机制，其中自发 CP 破坏源于一个单态希格斯场 $H_S$。该模型预言存在九个物理希格斯玻色子和三个戈戈斯玻色子，数值分析证实了一个可行的场景：125 GeV 的希格斯玻色子 ($H_1^0$) 在质量和自耦合上与标准模型希格斯玻色子一致，而 CP 破坏则通过 $S(3)$-不变希格斯场 sector 中的复真空期望值生成。

ABSTRACT

We analyze the Higgs sector of the minimal $S(3)$-invariant extension of the Standard Model including CP violation arising from the spontaneous electroweak symmetry breaking. This extended Higgs sector includes three SU(2) doublets Higgs fields with complex vev's providing an interesting scenario to analyze the Higgs masses spectrum, trilinear Higgs self-couplings and CP violation. We present how the spontaneous electroweak symmetry breaking coming from three $S(3)$ Higgs fields gives an interesting scenario with nine physical Higgs and three Goldstone bosons when spontaneous CP violation arises from the Higgs field $S(3)$ singlet $H_S$. Furthermore, a numerical analysis of the Higgs masses and trilinear Higgs self-couplings is presented. Particularly, we find a physical solution for the scenario in which spontaneous CPB is provided by $H_S$. In this scheme, the scalar Higgs $H^0_1$ is identified, whose mass is 125 GeV and $λ_{H_{1}^0 H_{1}^0 H_{1}^0} \sim λ_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$.

研究动机与目标

• 研究具有三个 SU(2) 双态希格斯场的 $S(3)$-不变标准模型扩展的希格斯 sector。
• 探讨该模型中自发 CP 破坏的起源及其影响，特别是当由 $S(3)$ 单态希格斯场 $H_S$ 引发时。
• 在 CP 破坏的真空构型下，确定物理希格斯质量谱和三线自耦合。
• 识别一个可行的场景，使得观测到的 125 GeV 希格斯玻色子对应于最轻的 CP 偶态标量 $H_1^0$，且其耦合性质与标准模型一致。

提出的方法

• 构建一个包含三个 SU(2) 双态和一个单态场 $H_S$ 的最小 $S(3)$-不变希格斯势，保持规范不变性和可重整性。
• 在希格斯场中施加复真空期望值（vevs），以生成自发 CP 破坏，特别是由 $H_S$ 引发。
• 利用完整的标量势及其在真空处的二阶导数，推导出带电和中性希格斯玻色子的质量矩阵。
• 通过数值对角化得到的质量矩阵，提取物理希格斯质量，并在三种不同的真空构型下分析质量谱。
• 将最轻希格斯玻色子的三线自耦合与标准模型希格斯玻色子进行比较，评估其与 LHC 数据的兼容性。
• 在参数空间中进行数值扫描，以寻找一个物理解，使得 $H_1^0$ 的质量为 125 GeV，且 $\tilde{\tau}_{H_1^0 H_1^0 H_1^0} \sim \lambda_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有三个希格斯双态和一个单态的 $S(3)$-风味希格斯模型中，能否一致地生成自发 CP 破坏？
• RQ2 当 CP 破坏由 $S(3)$ 单态 $H_S$ 引发时，其导致的希格斯质量谱是什么？
• RQ3 是否存在一个物理解，使得最轻的 CP 偶态希格斯玻色子质量为 125 GeV，且三线自耦合与标准模型一致？
• RQ4 在此扩展模型中，物理希格斯态的三线耦合与标准模型中的相比如何？
• RQ5 在稳定真空和生成具有 CP 破坏的可行希格斯 sector 的过程中，$S(3)$ 对称性起到了什么作用？

主要发现

• 当由 $S(3)$ 单态 $H_S$ 引发自发 CP 破坏时，该模型预言共有九个物理希格斯玻色子和三个戈戈斯玻色子，与希格斯机制一致。
• 发现了一个可行的物理解，其中最轻的 CP 偶态希格斯玻色子 $H_1^0$ 的质量为 125 GeV，与 LHC 观测结果一致。
• 发现 $H_1^0$ 的三线自耦合近似等于标准模型希格斯玻色子的自耦合，即 $\lambda_{H_1^0 H_1^0 H_1^0} \sim \lambda_{h^0 h^0 h^0}^{SM}$，表明与当前数据兼容。
• 在 $H_S$ 引发 CP 破坏的场景中，带电希格斯 sector 展现出两对简并质量，而中性 sector 包含一个无质量态和五个有质量态。
• 数值分析证实，当 $\gamma_2 \neq 0$ 且 $\gamma_1 = \gamma_3 = 0$ 时，真空构型能产生一致的 CP 破坏真空，并保持希格斯谱的稳定性。
• 该模型在最小 $S(3)$-对称框架下实现了真实的希格斯 sector，包括自发 CP 破坏、费米子质量生成，以及一个与标准模型相似的希格斯玻色子。