[论文解读] Phenomenological analysis of the Two Higgs Doublet Model

Rodolfo A. Díaz|ArXiv.org|Dec 16, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用 15

一句话总结

本现象学研究系统分析了两种希格斯双重态模型（2HDM）中的味改变中性流（FCNCs）、希格斯玻色子质量以及不同参数化形式与基准情景下的Yukawa耦合。研究证实了物理可观测量（如真空期望值和希格斯质量）在基变换下的不变性，验证了2HDM框架在重参数化下的自洽性，关键结果基于解析证明与针对tanβ、mA⁰和μτ耦合等参数的数值等高线图得出。

ABSTRACT

The Two Higgs Doublet model and its phenomenological implications are discussed. A brief survey on the present status of this model is given. In particular, we concentrate on the Two Higgs Doublet Model with Flavor Changing Neutral Currents. First, we develop some new parametrizations of the 2HDM type III, in such a way that the relation of it with models type I and type II become apparent. Based on this parametrization we get some bounds on the mixing vertex involving the second and third lepton generations, and lower bounds on the mass of the pseudoscalar Higgs boson. Further, by using a parametrization in which one of the vacuum expectation values vanishes, we constrain some lepton flavor violating vertices, based on the $g-2 $muon factor and some lepton flavor violating decays. Moreover, upper limits on the decay widths of $τ o eγ, $and $τ o eee $are calculated, finding them to stay far from the reach of near future experiments. On the other hand, as an addendum to this work, we study the production and decays of top squarks at the Tevatron collider in models of low-energy supersymmetry breaking. We consider that the lightest Standard Model superpartner is a light neutralino that predominantly decays into a photon and a light gravitino, and that the lighter stop is the next-to-lightest Standard Model superpartner. For a modest projection of the final Tevatron luminosity, $L\simeq 4$ fb$^{-1}$, stop masses of order 300 GeV are accessible. We also consider the production and decay of ten degenerate squarks, and we find that common squark masses up to 360 GeV are easily accessible, and that the reach increases further if the gluino is light.

研究动机与目标

• 研究在各种理论与实验约束下，两种希格斯双重态模型（2HDM）的物理可行性。
• 分析味改变中性流（FCNCs）在2HDM中的作用及其抑制机制。
• 验证2HDM中物理可观测量（如真空期望值和希格斯质量）在基变换下的不变性。
• 利用等高线图探索2HDM的参数空间，重点关注μτ耦合、tanβ和mA⁰等关键可观测量。
• 比较不同参数化形式（如类型II、费米子非耦合型、解耦极限）并评估其现象学影响。

提出的方法

• 在显式C-对称性下推导2HDM中的希格斯势、Yukawa拉格朗日量与动能项，确保标量场部分的一致性。
• 应用一般基变换（旋转角θ）在两种参数化形式之间建立联系，通过$ v' = R(\theta) v $关联真空期望值，以检验基不变性。
• 利用最小条件与质量矩阵形式推导希格斯玻色子质量的表达式，验证特征值与行列式在基变换下保持不变。
• 构建不同基之间参数的解析关系（如$ \tilde{\mu}_i^2, \tilde{\lambda}_i $），证明真空期望值与质量矩阵的不变性。
• 通过在$ \xi_{\tau\tau}-m_{A^0} $、$ \xi_{\mu\mu}-m_{A^0} $、$ \tan\beta-m_{A^0} $与$ m_{A^0}-m_{H^0} $平面中的数值分析，绘制五种不同基准情况的等高线图。
• 评估$ m_{h^0} $、$ m_{H^0} $、$ \tan\beta $与$ \alpha' $变化对允许参数空间的影响，尤其关注$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $（味破坏耦合的代理量）的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 味改变中性流（FCNCs）在两种希格斯双重态模型中如何表现？其抑制机制是什么？
• RQ2 在2HDM中，物理可观测量（如希格斯质量与真空期望值）在基变换下的不变性程度如何？
• RQ3 在不同参数化形式与基准情景下，$ m_{A^0} $、$ \tan\beta $与$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $的可行参数区域是什么？
• RQ4 解耦极限与费米子非耦合极限如何影响2HDM的现象学行为？
• RQ5 改变$ m_{h^0} $、$ m_{H^0} $与$ \alpha' $对$ m_{A^0} $与$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $允许参数空间有何影响？

主要发现

• 希格斯玻色子质量（包括$ m_{h^0} $、$ m_{H^0} $与$ m_{A^0} $）在基变换下保持不变，两种参数化形式中特征值与行列式完全一致，验证了其不变性。
• 真空期望值在基旋转下保持不变，$ \mu_i^2 $与$ \tilde{\mu}_i^2 $、$ \lambda_i $与$ \tilde{\lambda}_i $之间存在明确关系，确保了不同参数化形式间的自洽性。
• $ \xi_{\tau\tau}-m_{A^0} $与$ \xi_{\mu\mu}-m_{A^0} $平面的等高线图显示，五种基准情况存在明显不同的允许区域，其中情况5（$ \xi_{\tau\tau} $较大）给出最严格的约束。
• 对于$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $，允许区域强烈依赖于$ \tan\beta $：当$ \tan\beta = 30 $时约束更紧，而$ \tan\beta = 0.1 $时较宽松，且参数化II形式表现出更强的限制。
• 在$ m_{A^0}-\tan\beta $平面中，当$ \xi_{\mu\tau} $从$ 2.5 \times 10^{-2} $降低至$ 2.5 \times 10^{-3} $时，允许区域显著缩小，尤其在$ m_{h^0} $较轻时更为明显。
• $ m_{A^0}-m_{H^0} $等高线图表明，对于固定的$ \widetilde{\xi}_{\mu\tau} $，$ m_{A^0} $存在下限，且当$ m_{h^0} $固定为115 GeV时，该下限高于$ m_{h^0} = m_{H^0} $的情形。