[论文解读] The general Two-Higgs doublet eXtensions of the SM: a saucerful of secrets

J. Lorenzo Díaz-Cruz, J. H. Montes de+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文提出了最通用的双 Higgs双生模型（2HDM-X）形式化，整合了味改变的中性 Higgs 相互作用（FCNSI）以及来自 Yukawa 耦合和 Higgs 电位的多个 CP 破坏源。系统地将 2HDM-X 简化为已知模型（I–IV），并引入一种新类别（2HDM-V），通过纹理约束实现受控的 FCNSI，同时评估了 h → b̄cW 衰变中的 CP 不对称性，作为未来对撞机探测新物理的探针。

ABSTRACT

We discuss the most general formulation of the Two-Higgs doublet model, which incorporates flavor changing neutral scalar interactions (FCNSI) and CP violation (CPV) from several sources. CP violation can arise either from Yukawa terms or from the Higgs potential, be it explicit or spontaneous. We show how the model, which is denoted as 2HDM-X, reduces to some versions known in the literature (2HDM-I,II,III), as well as some of their variants (top, lepton, dark) denoted here as 2HDM-IV. We also discuss another limit that includes CPV and Yukawa four textures to control FCNSI, which we denote as 2HDM-V. We evaluate the CPV asymmetry for the decay $h o bcW$, which may allow to test the patterns of FCNSI and CPV, that arises in these models.

研究动机与目标

• 开发一个统一的框架，用于最通用的双 Higgs 双生模型（2HDM-X），包含所有可能的味改变中性流（FCNSI）和 CP 破坏源。
• 系统地将 2HDM-X 简化为已知模型（2HDM-I、II、III、IV），并定义一种新类别（2HDM-V），其具有纹理控制的 FCNSI 和额外的 CP 破坏相位。
• 识别出能从规范玻色子和费米子两个扇区信号 CP 破坏的不变量。
• 评估衰变 h → b̄cW 中的 CP 不对称性，作为未来对撞机实验中测试 FCNSI 和 CP 破坏模式的可观测量。

提出的方法

• 在 Higgs 质量本征态基下表述 2HDM-X，以直接关联低能约束与高能信号。
• 引入一个通用的 Yukawa 结构，对上型和下型夸克使用任意的 2×2 矩阵，允许任意 FCNSI 和 CP 破坏相位。
• 应用从 Yukawa 和 Higgs 电位中导出的不变量，对 CP 奇和 CP 偶分量进行分类，并识别 CP 破坏的来源。
• 采用基于纹理的方法（例如四纹理模型）来抑制 FCNSI，同时保留 CP 破坏相位。
• 利用有效场论技术与圈图振幅，推导出 h → b̄cW 衰变中的 CP 不对称性。
• 评估该不对称性随模型参数的变化，以评估其对 FCNSI 和 CP 破坏相位的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何形式化最通用的双 Higgs 双生模型（2HDM-X），以包含所有 FCNSI 和 CP 破坏源？
• RQ2 在何种极限下，2HDM-X 会简化为已知模型（如 2HDM-I、II、III、IV）？这些极限之间的区别是什么？
• RQ3 在通用模型中，哪些不变量能从 Yukawa 和 Higgs 电位扇区信号 CP 破坏？
• RQ4 h → b̄cW 衰变中的 CP 不对称性如何依赖于 2HDM-X 中 FCNSI 和 CP 破坏相位的结构？
• RQ5 h → b̄cW 衰变能否作为未来对撞机中区分不同 FCNSI 和 CP 破坏模式的可行探针？

主要发现

• 通用的 2HDM-X 模型统一了所有已知的 2HDM 变体（I–IV），并引入了一种类别（2HDM-V），其具有纹理控制的 FCNSI 和额外的 CP 破坏相位。
• 该模型识别出 Yukawa 和 Higgs 电位参数的不变组合，可从费米子和规范玻色子两个扇区信号 CP 破坏。
• h → b̄cW 中的 CP 不对称性对 FCNSI 和 CP 破坏相位之间的相互作用敏感，为探测新物理提供了直接手段。
• 在参数空间的特定区域，该不对称性可达到可观测水平（约 10−2 至 10−1），特别是当 Yukawa 和电位 CP 相位均非零时。
• 衰变 h → b̄cW 提供了独特的信号，可用于区分不同 2HDM 变体，尤其在非统一耦合和 CP 破坏存在时。
• 分析表明，该不对称性对 Yukawa 耦合与 Higgs 电位参数之间相对相位最为敏感，使其成为测试扩展 Higgs 扇区中味和 CP 结构的强大工具。