[论文解读] Sphaleron And Critical bubble in a scale invariant model : ReAnalysis

Kaori Fuyuto, Eibun Senaha|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2015

Oceanographic and Atmospheric Processes被引用 3

一句话总结

该论文使用热场论重整化的一阶有效势与热场重求和方法，重新分析了规范不变的两希格斯双重模型（SI-2HDM）中的电弱相变（EWPT）。结果表明，125 GeV 的希格斯玻色子质量强制导致强烈的首阶电弱相变，确保了萨拉姆子解耦（v_N/T_N > 1.2），并使二光子衰变信号强度降低10%，三希格斯耦合增强82%，这些效应在未来LHC和ILC实验中均可探测。

ABSTRACT

We revisit the electroweak phase transition and the critical bubble in the scale invariant two Higgs doublet model in the light of recent LHC data. Moreover, the sphaleron decoupling condition is newly evaluated in this model. The analysis is done by using the resumed finite-temperature one-loop effective potential. It is found that the 125 GeV Higgs boson inevitably leads to the strong first-order electroweak phase transition, and the strength of which is always large enough to satisfy the sphaleron decoupling condition, $v_N/T_N > 1.2$, where $T_N$ denotes a nucleation temperature and $v_N$ is the Higgs vacuum expectation value at $T_N$. In this model, even if the Higgs boson couplings to gauge bosons and fermions are similar to the standard model values, the signal strength of the Higgs decay to two photons is reduced by 10% and the triple Higgs boson coupling is enhanced by 82% compared to the standard model prediction.

研究动机与目标

• 使用更新的LHC数据，重新评估规范不变两希格斯双重模型（SI-2HDM）中的电弱相变（EWPT）
• 评估125 GeV希格斯玻色子质量是否导致强烈的首阶电弱相变，从而支持电弱重子生成机制
• 利用重整化的一阶有限温度有效势，计算萨拉姆子解耦条件（v_N/T_N > 1.2）及临界气泡特性
• 量化希格斯耦合（特别是γγ和三希格斯耦合）相对于标准模型预测的偏离程度
• 评估模型的紫外截断尺度，并评估其在未来对撞机实验中的现象学可行性

提出的方法

• 使用包含戴西重求和的重整化有限温度一阶有效势，以考虑SI-2HDM中的热修正
• 在一阶微扰下应用跑动方程（RGEs）以确定模型的紫外截断尺度（Λ）
• 施加希格斯玻色子质量固定为125.09 GeV的条件，以约束参数空间
• 通过在成核温度T_N处计算v_N/T_N的比值，评估萨拉姆子解耦条件
• 利用重希格斯态的圈修正，计算相对于标准模型的希格斯玻色子耦合（κ_V, κ_f, μ_γγ, Δλ_hhh）
• 分析气泡壁剖面与临界气泡能量，以评估超冷化程度与相变强度

实验结果

研究问题

• RQ1 SI-2HDM中125 GeV希格斯玻色子质量是否导致强烈的首阶电弱相变？
• RQ2 该模型中萨拉姆子解耦条件（v_N/T_N > 1.2）是否满足，从而确保重子数破坏被抑制？
• RQ3 希格斯玻色子对光子的耦合及三希格斯耦合与标准模型预测相比有何偏离？
• RQ4 SI-2HDM的紫外截断尺度（Λ）是多少？该模型是否允许一致的有效场论描述？
• RQ5 临界气泡特性（如能量、壁宽）与MSSM相比如何？对重子生成有何影响？

主要发现

• SI-2HDM中125 GeV希格斯玻色子质量不可避免地导致强烈的首阶电弱相变
• 在成核温度下，萨拉姆子解耦条件满足，v_N/T_N = 2.94，远高于1.2的阈值
• 与标准模型预测相比，二光子衰变模式的希格斯信号强度降低了10%
• 由于重希格斯圈的非解耦效应，三希格斯玻色子耦合相对于标准模型增强了82.1%
• 临界气泡单位温度的能量为E_cb(T_N)/T_N = 151.7，表明约15%的显著超冷化
• 当tanβ = 1时，紫外截断尺度为Λ = 6.3 TeV，表明其有效能量尺度相对较低，需要紫外完成