[论文解读] Studies on Extended Higgs Sectors as a Probe of New Physics Beyond the Standard Model

Kei Yagyu|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 9

一句话总结

本博士论文研究了扩展的希格斯 sector（如二重希格斯双重模型、希格斯三重态模型以及超对称希格斯 sector）作为新物理超越标准模型的探针。它分析了实验约束，探索了对撞机信号，并展示了这些模型如何在TeV尺度上同时解释中微子质量、暗物质和重子不对称性。

ABSTRACT

In this thesis, we discuss theoretical properties of various Higgs sectors, and we analyze constraints from current experimental data, and then we study collider signatures in each Higgs sector. In Part I, we focus on the phenomenology of various extended Higgs sectors such as the two Higgs doublet model, the Higgs triplet model and Higgs sectors in supersymmetric standard models. In Part II, we discuss new physics models at the TeV scale, in which the Higgs sector is extended, and neutrino masses, dark matter and/or baryon asymmetry of the Universe can be explained.

研究动机与目标

• 研究各种扩展希格斯 sector 的现象学性质，包括二重希格斯双重模型、希格斯三重态模型以及超对称希格斯 sector。
• 利用现有数据，分析这些扩展希格斯模型所受的当前实验约束。
• 研究这些模型的对撞机信号，特别是大型强子对撞机（LHC）中的表现。
• 探讨扩展希格斯 sector 如何在不与当前实验数据冲突的前提下，同时解释中微子质量、暗物质和宇宙的重子不对称性。
• 识别出希格斯 sector 在其中发挥核心作用的可行TeV尺度新物理场景，以解决粒子物理学中的基本问题。

提出的方法

• 系统分析扩展希格斯 sector 中的理论结构，包括标量势的对称性与真空稳定性条件。
• 应用来自电弱精确测量、希格斯信号强度以及味改变中性流的实验约束。
• 使用蒙特卡洛模拟与事例级分析，预测如奇异希格斯衰变和共振产生等对撞机信号。
• 利用群论与跑动方程（RGEs）评估模型在不同能量尺度下的自洽性与稳定性。
• 结合 seesaw 机制与标量单重态/双重态扩展，以生成中微子质量与暗物质候选者。
• 在扩展希格斯 sector 的背景下，对电弱重子不对称性机制（如电弱重子不对称性）进行数值评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 在如二重希格斯双重模型与三重态模型等模型中，扩展希格斯 sector 如何约束TeV尺度的新物理？
• RQ2 这些扩展希格斯 sector 的主要对撞机信号是什么？如何与标准模型区分开来？
• RQ3 扩展希格斯 sector 是否能在不与当前实验数据冲突的前提下，同时解释中微子质量、暗物质和宇宙的重子不对称性？
• RQ4 多希格斯模型中标量势参数的理论与现象学约束是什么？
• RQ5 真空稳定性与幺正性限制如何塑造扩展希格斯模型的可行参数空间？

主要发现

• 在软性破缺Z2对称性的二重希格斯双重模型中，其在当前LHC约束下仍具可行性，尤其是在味守恒与味改变过程的背景下。
• 基于三重态的模型可通过希格斯三重态机制生成马约拉纳型中微子质量，当三重态质量低于约1 TeV时，仍与电弱精确测量数据一致。
• 具有扩展希格斯 sector 的超对称模型为暗物质提供了自然框架，其轻量中性杂交粒子（lightest neutralino）的遗迹密度预测与宇宙学观测相符。
• 在二重希格斯双重模型的某些参数区域中，可实现强烈的电弱重子不对称性，通过一阶相变生成观测到的重子不对称性。
• 额外希格斯态的存在会产生独特的对撞机信号，如同号二体共振与奇异希格斯衰变，这些信号可在8 TeV与13 TeV的LHC数据中进行检验。
• 理论自洽性条件（如幺正性与真空稳定性）显著限制了扩展希格斯模型的允许参数空间，尤其在具有多个标量双重态或三重态的模型中。