[论文解读] Electroweak baryogenesis and the triple Higgs boson coupling

Shinya Kanemura, Yasuhiro Okada+1 more|ArXiv.org|Jul 22, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在两希格斯双生模型（2HDM）和最小超对称标准模型（MSSM）中的电弱重子生成机制，表明强一阶电弱相变——重子生成所必需的条件——会引致希格斯三线耦合（hhh）的显著量子修正。在2HDM中，可行的重子生成区域中偏离标准模型值的幅度超过10%，因此可在未来的国际线性对撞机（ILC）上探测到。

ABSTRACT

We study collider signatures of electroweak baryogenesis in the two Higgs doublet model and the minimal supersymmetric standard model. It is found that the trilinear coupling of the lightest Higgs boson receives large quantum corrections if the electroweak phase transition is strongly first order for successful baryogenesis. In the two Higgs doublet model, the magnitude of the deviation from the standard model value is shown to be larger than 10 percent. Such a deviation can be detected at a future electron-positron linear collider.

研究动机与目标

• 探索扩展希格斯谱系中电弱重子生成与三线希格斯玻色子耦合（hhh）之间的关联。
• 确定支持强一阶电弱相变的模型中，hhh耦合是否会产生显著的量子修正。
• 评估此类偏离在未来的直线对撞机实验（如ILC）中是否可探测。
• 比较2HDM与MSSM在重子生成条件下hhh耦合偏离幅度的差异。
• 识别满足重子生成中 sphaleron 解耦条件且hhh耦合偏离显著的参数区域。

提出的方法

• 使用一阶微扰修正结合环状（Daisy）求和方法，计算2HDM中的有限温度有效势，以提高精度。
• 采用高温展开与数值计算方法，确定相变温度 $T_c$ 和真空期望值 $\varphi_c$。
• 在壳方案下评估hhh耦合 $\lambda_{hhh}^{\text{eff}}$ 的一阶辐射修正，并与标准模型预测进行比较。
• 定义偏离量 $\Delta\lambda_{hhh}^{\text{2HDM}} / \lambda_{hhh}^{\text{SM}}$ 以量化与标准模型的偏离程度。
• 对MSSM应用类似分析，通过停止夸克圈对有效势的贡献来估算hhh耦合的偏移。
• 将sphaleron解耦条件 $\varphi_c / T_c \geq 1$ 与hhh耦合偏离相结合，识别可观测的参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 当电弱相变为强一阶时，2HDM中三线希格斯耦合的量子修正量级是多少？
• RQ2 此类hhh耦合偏离是否可在未来的电子-正电子直线对撞机（如ILC）上探测到？
• RQ3 在MSSM中，hhh耦合偏离如何随重希格斯玻色子质量及停止夸克质量变化？
• RQ4 2HDM与MSSM中哪些参数区域同时满足sphaleron解耦条件与显著的hhh耦合偏离？
• RQ5 是否存在电弱重子生成在希格斯 sector 中的直接现象学信号，可通过精确希格斯测量探测？

主要发现

• 在2HDM中，当电弱相变为强一阶时，三线希格斯耦合偏离标准模型值超过10%。
• 该偏离源于强一阶相变条件下，重希格斯玻色子与顶夸克在圈图中的显著量子修正。
• 当 $m_h = 120$ GeV 时，当重希格斯玻色子质量超过约200 GeV时，相变变得足够强，可支持重子生成。
• 当 $M=0$ 时，sphaleron解耦条件 $\varphi_c / T_c \geq 1$ 在 $m_\Phi \gtrsim 185$ GeV 时满足；当 $M=150$ GeV 时，满足条件的阈值为 $m_\Phi \gtrsim 300$ GeV。
• 在MSSM中，当 $m_h = 120$ GeV 时，hhh耦合偏离估计约为6%，主要由轻停止夸克圈贡献驱动。
• 在重子生成可行且hhh耦合显著偏离标准模型的联合参数区域内，未来直线对撞机（对hhh耦合测量精度约10%–20%）可实现探测。