[论文解读] CP violation in the Standard Model with a complex singlet

Neda Darvishi, Maria Krawczyk|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

该论文通过在标准模型中引入一个复数 singlet Higgs 粒子，研究了自发 CP 破坏的可能性，发现衡量 CP 破坏强度的 Jarlskog 不变量可显著增强，而电偶极矩（EDM）则未被增强，与实验约束一致。该模型预言存在三种中性 Higgs 粒子，其中 125 GeV 的 Higgs 主要来源于标准模型双峰，但与 singlet 混合。

ABSTRACT

CP violation of the Standard Model (SM) is insufficient to explain the baryon asymmetry in the Universe and therefore an additional source of CP violation is needed. Here we consider the extension of the SM by a neutral complex singlet and discuss the physical conditions for a spontaneous CP violation in such model. In the model there are three neutral Higgs particles. Assuming the lightest one to be the 125 GeV Higgs boson found at LHC we calculate masses of the additional Higgs scalars and perform a numerical study of the allowed region of parameters. The scenario according to which the SM-like Higgs particle comes mostly from the SM-like SU(2) doublet, with a small modification coming from the singlet, is in agreement with the newest $R_{\gamma \gamma}$ and precise EW (parameters S, T) data. We have found that the Jarlskog invariant, measuring the strength of the CP violation, can be enhanced as compared to the one in the SM, at the same time there is no corresponding enhancements expected for the Electric Dipole Moment (EDM).

研究动机与目标

• 为了解决标准模型在解释宇宙中观测到的重子不对称性方面 CP 破坏不足的问题。
• 探究复 singlet 扩展是否能在可行的 Higgs 规模下产生自发 CP 破坏。
• 利用 125 GeV Higgs 粒子的数据和精密电弱可观测量（S, T）约束该模型的参数空间。
• 评估 singlet 对 CP 破坏现象的影响，特别是 Jarlskog 不变量和电偶极矩（EDM）。
• 确定 CP 破坏的增强是否会导致可观测的 EDM 增强，从而与实验限制冲突。

提出的方法

• 在标准模型 Higgs 规模中引入复数 singlet 标量，导致出现三个中性 Higgs 粒子的谱。
• 构建具有复参数的标量势，以实现自发 CP 破坏。
• 利用最轻的 Higgs 粒子为 LHC 观测到的 125 GeV 粒子这一条件来约束模型参数。
• 对参数空间进行数值扫描，以识别与 $R_{\gamma\gamma}$ 和 S, T 精密电弱数据一致的区域。
• 计算 Jarlskog 不变量以量化 CP 破坏的强度，并评估 top quark 和中子的电偶极矩（EDM），以检验其现象学可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型中加入复 singlet 是否能产生一种可行的自发 CP 破坏机制？
• RQ2 在最轻的 Higgs 粒子为 125 GeV 的前提下，该模型中额外 Higgs 粒子的质量受到何种约束？
• RQ3 与标准模型相比，该模型中 Jarlskog 不变量的增强程度如何？
• RQ4 CP 破坏的增强是否会导致电偶极矩（EDM）的相应增加，从而与实验限制冲突？
• RQ5 当 125 GeV Higgs 主要是 SM 类似的双峰态，且具有微小 singlet 成分时，该情形是否与当前 LHC 和精密电弱数据一致？

主要发现

• 该模型允许 Jarlskog 不变量相比标准模型显著增强，表明 CP 破坏更强。
• CP 破坏的增强并未伴随电偶极矩（EDM）的增强，从而保持与实验限制的一致性。
• 当 125 GeV Higgs 主要是 SM 类似双峰态且具有微小 singlet 成分时，该情形与 $R_{\gamma\gamma}$ 和精密电弱数据（S, T）一致。
• 数值研究识别出一个可行的参数区域，其中额外的 Higgs 标量质量要么简并，要么因 singlet 混合程度不同而显著分离。
• 该模型通过复标量势参数支持自发 CP 破坏，singlet 的真空期望值破坏了 CP 对称性。