[论文解读] Large pseudoscalar Yukawa couplings in the complex 3HDM

Boto, Rafael, Lourenco, Luis+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2024

Atomic and Subatomic Physics Research参考文献 32被引用 6

一句话总结

本文分析带有 Z2×Z2 对称性和显式 CP 破损的复杂三双重希格斯模型（C3HDM），显示 h125 的大部分 CP-偶 top 耦合和大部分 CP-奇 bottom 耦合可以在一定程度上被重新唤起，促使实验探索。

ABSTRACT

As LHC's Run3 unfolds, we peer deeper into the couplings of the 125GeV Higgs ($h_{125}$) and also test for extra scalars. Even before such extra scalars are found, one can probe them by using the fact that theories with multiple Higgs doublets allow for substantial deviations of the couplings of $h_{125}$ from their SM values. Indeed, the observed couplings already place stringent limits on such theories. We investigate the curious possibility that $h_{125}$ couples to the top quark mostly as a scalar, while it couples to the bottom quark mostly as a pseudoscalar. This possibility was allowed by 2017 data for the so-called C2HDM; a two Higgs doublet model with a single source of explicit CP violation. It was shown recently that this possibility disappears when using the full experimental data of 2024. Here we discuss a three Higgs doublet with explicit CP violation (C3HDM), and show that the curious CP-even/CP-odd $t$/$b$ possibility is partly resuscitated, prompting further experimental exploration of this prospect.

研究动机与目标

• 推动对 h125 耦合的高精度测量，以探测超越标准模型的多重希格斯场情景。
• 在3HDM中研究 h125 的顶部耦合主要为 CP 为偶且底部耦合主要为 CP 为奇的可行性。
• 开发对 C3HDM 的详细参数化，包括复合势项和 CP 违反效应。
• 绘制 C3HDM 的理论与实验约束，并评估参数空间的一致性。

提出的方法

• 为 C3HDM 定义含 Z2×Z2 对称性及软破缺项的标量势。
• 对中性和带电标量质量矩阵进行参数化，并进行基变换以达到 Higgs 基底。
• 在 type-Z NFC 指派下推导 Yukawa Lagrangian，并表示中性标量对费米子的耦合。
• 用一般正交旋转对中性标量质量矩阵对角化，并将质量本征态与势参数联系起来。
• 将 Higgs-费米子耦合表示为可观察耦合（κV, cei, coi）和旋转矩阵的形式，从而反演得到模型参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 C3HDM 是否能够容纳 h125 对顶夸克的耦合主要为标量，而对底夸克的耦合主要为伪标量？
• RQ2 在将 C2HDM 的 CP 违反 t/b 耦合模式扩展到 3HDM（C3HDM）时，完整的 2024 年实验约束在多大程度上允许或不支持该模式？
• RQ3 在复数 3HDM 中的 type-Z NFC 结构如何影响 h125 耦合与其他标量谱观测之间的相关性？
• RQ4 在满足理论/实验约束的前提下，需要哪些参数关系和质量谱来实现 CP-odd 底部和 CP-even 顶部耦合模式？

主要发现

• 带有显式 CP 违反的 3HDM 可以在一定程度上重新唤起 h125 的 CP-even 顶部/ CP-odd 底部耦合模式，该模式在 2HDM 中被不利地评估。
• 本文提供对复合标量势的全面参数化，包括质量矩阵之间的关系和 tadpole 条件。
• 详细的 Yukawa 结构（type-Z）将每种右手费米子分配给不同的标量，从而在 h125 耦合中实现不同的 CP 性质。
• 理论和实验约束被分析并纳入扫描，以确定可行的参数空间。
• 该工作证明在未来的测量和搜索中继续追求 CP-violating 的 h125 耦合的相关性。