[论文解读] On the origin of Z(2) symmetry in the Two-Higgs Doublet extension of the SM

C.D. Froggatt, R. Nevzorov+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文提出，在非超对称的两希格斯双重模型（2HDM）中，多重点原理（MPP）在高能标 Λ 处自然地导致近似 U(1) 和 Z(2) 对称性，从而抑制味改变中性流（FCNC）和 CP 破坏。研究显示，当 Λ ≳ 10^10 GeV 时，接近高能标处的准固定点的跑动行为使得最轻的 CP 偶性希格斯玻色子质量低于 125 GeV；而较低的 Λ 值则允许更重的希格斯玻色子质量，并增强顶夸克耦合。

ABSTRACT

We argue that the consistent implementation of the multiple point principle (MPP) in the general non-supersymmetric two Higgs doublet model (2HDM) can lead to a set of approximate global custodial symmetries that ensure CP conservation in the Higgs sector and the absence of flavour changing neutral currents (FCNC) in the considered model. In particular the existence of a large set of degenerate vacua at some high energy scale $\Lambda$ caused by the MPP can result in approximate U(1) and Z(2) symmetries that suppress FCNC and CP--violating interactions in the 2HDM. We explore the renormalisation group (RG) flow of the Yukawa and Higgs couplings within the MPP inspired 2HDM with approximate custodial symmetries and show that the solutions of the RG equations are focused near quasi--fixed points at low energies if the MPP scale scale $\Lambda$ is relatively high. We study the Higgs spectrum and couplings near the quasi--fixed point at moderate values of $ an\beta$ and compute a theoretical upper bound on the lightest Higgs boson mass. If $\Lambda\gtrsim 10^{10} {GeV}$ the lightest CP--even Higgs boson is always lighter than $125 {GeV}$. When the MPP scale is low, the mass of the lightest Higgs particle can reach $180-220 {GeV}$ while its coupling to the top quark can be significantly larger than in the SM, resulting in the enhanced production of Higgs bosons at the LHC.

研究动机与目标

• 通过多重点原理（MPP）解释两希格斯双重模型（2HDM）中 Z(2) 对称性的起源。
• 研究在高能标 Λ 处由 MPP 引入的简并真空中如何导致近似规范对称性。
• 分析在 MPP 启发的条件下，Yukawa 耦合与希格斯耦合的跑动行为。
• 确定对希格斯谱和耦合的影响，特别是最轻希格斯玻色子的质量。
• 计算最轻希格斯玻色子质量的理论上限及其在大型强子对撞机（LHC）上的现象学信号。

提出的方法

• 在一般 2HDM 中实施多重点原理（MPP），以在高能标 Λ 处强制实现多个真空的简并。
• 识别出在 Λ 处的简并真空导致近似 U(1) 和 Z(2) 全局对称性，从而抑制 FCNC 和 CP 破坏。
• 研究从 Λ 到电弱能标之间 Yukawa 耦合与希格斯耦合的跑动行为。
• 在高 Λ 条件下识别出 RG 流中的准固定点，从而导致低能参数的稳定。
• 在中等 tanβ 值下，计算接近准固定点的希格斯质量谱和耦合。
• 基于 MPP 能标 Λ 推导出最轻 CP 偶性希格斯玻色子质量的理论上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 多重点原理（MPP）如何在 2HDM 中导致近似 Z(2) 和 U(1) 对称性？
• RQ2 由 MPP 引发的简并真空对抑制 FCNC 和 CP 破坏相互作用有何影响？
• RQ3 当 MPP 能标 Λ 较高时，耦合的跑动行为如何表现？
• RQ4 在 MPP 启发的 2HDM 中，最轻 CP 偶性希格斯玻色子质量的理论上限是多少？
• RQ5 LHC 上的希格斯耦合与产生率如何依赖于 MPP 能标 Λ 的取值？

主要发现

• 当 MPP 能标 Λ ≳ 10^10 GeV 时，最轻的 CP 偶性希格斯玻色子质量始终低于 125 GeV。
• 在高 Λ 条件下，Yukawa 与希格斯耦合的 RG 流被聚焦于准固定点，稳定了低能参数。
• 在低 MPP 能标 Λ 情况下，最轻希格斯玻色子质量可达到 180–220 GeV，显著重于标准模型（SM）中的质量。
• 在低 Λ 情况下，最轻希格斯玻色子与顶夸克的耦合可显著增强，相比 SM 中的值。
• 低 Λ 情况下增强的顶夸克耦合导致 LHC 上希格斯玻色子的产生率增加。
• 由 MPP 产生的近似 Z(2) 对称性确保了希格斯场中 CP 守恒与 FCNC 的抑制。