[论文解读] CP Studies and Non-Standard Higgs Physics

Sabine Kraml, Elena Accomando+164 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 106

一句话总结

本文研究了标准模型之外的非标准希格斯物理，重点关注CP破坏、多重希格斯场景、复合希格斯以及替代的电弱规范对称性自发破缺机制。文章分析了诸如双希格斯双重态模型、含CP破坏的超对称扩展、小希格斯、额外维度以及技术色动力学等理论框架，阐述了其在大型强子对撞机（LHC）及未来对撞机上的现象学特征与实验信号。

ABSTRACT

There are many possibilities for new physics beyond the Standard Model that feature non-standard Higgs sectors. These may introduce new sources of CP violation, and there may be mixing between multiple Higgs bosons or other new scalar bosons. Alternatively, the Higgs may be a composite state, or there may even be no Higgs at all. These non-standard Higgs scenarios have important implications for collider physics as well as for cosmology, and understanding their phenomenology is essential for a full comprehension of electroweak symmetry breaking. This report discusses the most relevant theories which go beyond the Standard Model and its minimal, CP-conserving supersymmetric extension: two-Higgs-doublet models and minimal supersymmetric models with CP violation, supersymmetric models with an extra singlet, models with extra gauge groups or Higgs triplets, Little Higgs models, models in extra dimensions, and models with technicolour or other new strong dynamics. For each of these scenarios, this report presents an introduction to the phenomenology, followed by contributions on more detailed theoretical aspects and studies of possible experimental signatures at the LHC and other colliders.

研究动机与目标

• 探索标准模型及其最小超对称扩展之外的电弱规范对称性自发破缺理论模型。
• 研究多重标量希格斯场中CP破坏的作用，包括希格斯玻色子之间混合的场景。
• 考察复合希格斯、技术色动力学以及具有额外规范对称性或希格斯三重态的替代希格斯机制。
• 评估这些模型对对撞机实验（尤其是LHC）的现象学影响。
• 全面概述各类非标准希格斯框架的理论基础与实验信号。

提出的方法

• 系统分类非标准模型希格斯场景，包括双希格斯双重态模型及含CP破坏的超对称扩展。
• 分析引入额外规范群、希格斯三重态或单态场以扩展希格斯场的模型。
• 研究小希格斯模型与额外维度理论，重点关注其希格斯现象学特征与自然性性质。
• 调查复合希格斯与类技术色动力学模型，其中希格斯并非基本粒子，而是由强相互作用动力学涌现。
• 整合理论要素与对撞机物理，包括衰变道、产生截面以及CP破坏可观测量。
• 综合理论洞见与适用于LHC及未来对撞机的实验信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 非标准希格斯场如何在标准模型之外引入新的CP破坏源？
• RQ2 在双希格斯双重态模型与扩展的超对称模型中，多个希格斯玻色子之间的混合会产生何种现象学信号？
• RQ3 具有额外规范对称性或希格斯三重态的模型如何改变希格斯场的结构与可观测性质？
• RQ4 复合希格斯或强耦合电弱动力学的对撞机信号是什么？
• RQ5 小希格斯与额外维度模型如何实现自然的电弱规范对称性自发破缺，其可检验的预测为何？

主要发现

• 非标准希格斯场，如双希格斯双重态模型中的情况，可引入多个CP破坏源，导致复杂的希格斯混合与新颖的CP破坏可观测量。
• 含额外单态或三重态希格斯场的超对称模型表现出修改后的希格斯耦合与增强的衰变道，从而改变LHC的发现潜力。
• 小希格斯模型与额外维度模型为层次问题提供了自然的解决方案，同时产生独特的希格斯共振模式与味改变信号。
• 技术色动力学与强相互作用模型预测一个具有修改后与规范玻色子及费米子耦合的复合希格斯，可通过精密测量与稀有衰变加以区分。
• 扩展希格斯场中多个标量态的存在导致丰富的现象学特征，包括奇异衰变模式与可被LHC探测到的CP奇异性希格斯玻色子。
• 标准模型之外的理论框架预测了广泛的实验信号，从位移顶点到异常耦合，均可在当前与未来的对撞机运行中探测。