[论文解读] The Higgs as a harbinger of flavor symmetry

Gautam Bhattacharyya, Heinrich Päs+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用 15

一句话总结

本文提出了一种具有三个 $S_3$ 生成对称性 $SU(2)$ 标量双重态的模型，该模型可稳定质量层次结构并解释味混合，从而导致新型希格斯衰变模式。该模型的标量势最小化预测了独特的希格斯衰变，如 $h \to \phi\phi$，这些衰变可能在大型强子对撞机（LHC）上被探测到，为新物理中的味对称性提供了直接检验途径。

ABSTRACT

Discrete symmetries employed to explain flavor mixing and mass hierarchies are often associated with an enlarged scalar sector which might lead to exotic Higgs decay modes. In this paper, we explore such a possibility in a scenario with $S_3$ flavor symmetry which requires three scalar $SU(2)$ doublets. The spectrum is fixed by minimizing the scalar potential, and we observe that the symmetry of the model leads to tantalizing Higgs decay modes potentially observable at the CERN Large Hadron Collider (LHC).

研究动机与目标

• 通过离散 $S_3$ 味对称性解释味混合与费米子质量层次结构。
• 研究将标量 sector 扩展至标准模型希格斯双重态之外的物理后果。
• 确定此类模型是否在大型强子对撞机（LHC）上预测可观测的希格斯衰变模式。
• 通过最小化标量势来确定物理谱和耦合常数。
• 识别由味对称性自发破缺引发的新物理信号。

提出的方法

• 通过引入具有三个 $SU(2)$ 标量双重态的 $S_3$ 味对称性来约束味结构。
• 构建在 $S_3$ 下不变的标量势，并通过最小化来确定真空结构。
• 对角化标量质量矩阵以识别物理希格斯粒子，包括标准模型类希格斯玻色子。
• 计算希格斯玻色子衰变为新型标量末态的分支比，例如 $h \to \phi\phi$。
• 利用理论截面估计评估这些新型衰变在欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）上的可探测性。
• 使用群论方法对标量表示进行分类，以确保与味混合模式的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 引入具有三个标量双重态的 $S_3$ 味对称性后，其现象学后果是什么？
• RQ2 标量势与真空取向如何约束希格斯 sector 的谱结构？
• RQ3 该模型预测了哪些新型希格斯衰变模式？它们与标准模型预期有何不同？
• RQ4 在当前或近期内的亮度条件下，这些新型衰变是否可在大型强子对撞机（LHC）上被观测到？
• RQ5 标量势最小化在确定物理质量与耦合常数方面起到什么作用？

主要发现

• 具有三个标量双重态的 $S_3$ 味对称性可导致稳定的真空构型，从而固定标量质量谱。
• 该模型预测了如 $h \to \phi\phi$ 等新型希格斯衰变模式，其中 $\phi$ 是来自扩展希格斯场的新型标量态。
• 这些新型衰变源于标准模型希格斯与额外标量双重态之间的混合，其机制由 $S_3$ 对称性破缺诱导。
• 新型衰变的分支比非可忽略，且在希格斯粒子与新标量之间的质量差适中时，可能在大型强子对撞机（LHC）上被探测到。
• 该模型为味结构提供了一个自然的框架，无需精细调节，并将希格斯场与费米子质量起源联系起来。
• 多个标量双重态与对称性结构共同导致了超越标准模型的丰富希格斯现象学。