[论文解读] Current bounds on the Type-Z $Z_3$ three Higgs doublet model

Rafael Boto, Jorge C. Romão+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 27被引用 4

一句话总结

本文研究了类型-Z $Z_3$-对称的三Higgs双态模型（3HDM），表明在 $B\to X_s\gamma$ 和 $h\to\gamma\gamma$ 衰变中，两个带电Higgs玻色子之间的抵消效应显著放松了其质量的下限。通过放松精确对齐条件并施加严格的理论与实验约束，该研究识别出比以往假设更轻的额外Higgs态的可行基准点。

ABSTRACT

Type-Z models, where charged leptons, up type quarks, and down type quarks each couple to a different scalar, are only possible when there are three or more Higgs doublets. We consider the Type-Z three Higgs doublet model imposed by a softly broken $Z_3$ symmetry. We take into account all theoretical and experimental constraints, highlighting the importance of perturbative unitarity and bounded from below conditions that we develop here, and which have a strong impact on $B ightarrow X_s γ$. Since there can be cancellations between the two charged Higgs in $B ightarrow X_s γ$ (and in $h ightarrow γγ$), the lower bounds obtained on the charged Higgs masses are alleviated. We also discuss in detail the important physical differences between exact alignment and approximate alignment, and present some useful benchmark points.

研究动机与目标

• 研究在当前理论与实验约束下，类型-Z $Z_3$-对称三Higgs双态模型的可行性。
• 评估两个带电Higgs玻色子在 $B\to X_s\gamma$ 和 $h\to\gamma\gamma$ 衰变中的抵消效应对质量约束的影响。
• 探索超越精确对齐的参数区域，识别出具有更轻Higgs质量的可行基准点。
• 系统性地应用微扰幺正性、有界从下方（BFB）条件以及 HiggsBounds-5.9.1 来约束该模型。
• 阐明在 $Z_3$ 3HDM 背景下，精确对齐与近似对齐之间的物理差异。

提出的方法

• 通过软性破缺 $\mathbbm{Z}_3$ 对称性构建三Higgs双态模型中的标量势和Yukawa相互作用。
• 利用旋转矩阵和真空对齐参数，推导出Higgs耦合的显式表达式，包括 $hH^{\pm}H^{\mp}$ 和 $AH^{\pm}H^{\mp}$。
• 应用微扰幺正性和有界从下方（BFB）条件来约束模型的参数空间。
• 使用 HiggsBounds-5.9.1 软件包检验模型与LHC Higgs搜索结果的兼容性。
• 对参数进行全面扫描，从精确对齐到近似对齐，以识别可行区域。
• 考虑在 $h\to\gamma\gamma$ 和 $B\to X_s\gamma$ 中，两个带电Higgs态的相反符号贡献，从而实现质量抑制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在类型-Z $Z_3$ 3HDM 中，$h\to\gamma\gamma$ 和 $B\to X_s\gamma$ 衰变中两个带电Higgs玻色子之间的抵消效应对其质量下限有何影响？
• RQ2 在 $Z_3$ 3HDM 中放松精确对齐条件，对模型在当前实验约束下的可行性有何影响？
• RQ3 微扰幺正性和有界从下方（BFB）条件如何在对齐极限之外约束 $Z_3$ 3HDM 的参数空间？
• RQ4 在应用所有理论与实验约束（包括 HiggsBounds-5.9.1）后，$Z_3$ 3HDM 中哪些基准点仍然可行？
• RQ5 在 $Z_3$ 3HDM 背景下，精确对齐与近似对齐之间的关键物理差异是什么？它们如何影响现象学？

主要发现

• 在 $h\to\gamma\gamma$ 和 $B\to X_s\gamma$ 衰变中，两个带电Higgs玻色子之间的抵消效应使得其质量可显著低于以往假设的水平，从而放松了质量下限。
• 即使125 GeV Higgs玻色子不在精确对齐极限内，该模型依然可行，且存在多个满足所有约束的基准点。
• 由于更新的 HiggsBounds-5.9.1 约束，最近的LHC测量结果已排除 Chakraborti:2021bpy 的图2中所有点，即使使用相同的参数选择。
• 推导并应用了微扰幺正性和有界从下方（BFB）条件，为模型参数空间提供了关键的理论约束。
• 该研究识别出带电Higgs质量低于500 GeV的可行基准点，表明该模型在不需引入重新标量的情况下，仍可与当前数据保持一致。
• 精确对齐与近似对齐之间的物理差异被证明至关重要：近似对齐允许更轻的Higgs态，同时保持与实验数据的兼容性。