[论文解读] The Two Higgs Doublet Model and the Multiple Point Principle

C.D. Froggatt, Л. В. Лаперашвили+3 more|ArXiv.org|Dec 22, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 9

一句话总结

该论文将多重点原理（MPP）应用于双 Higgs 双生模型（2HDM），提出自然界选择耦合常数，使得多个真空——包括电弱真空和接近普朗克尺度的高能标真空——具有简并的真空能量密度。MPP 条件导致一个 CP 不变的势能，无味改变中性流，并预测一个层次化的 Higgs 玻色体谱，对于大 tanβ 情况，最轻的 Higgs 玻色子质量在普朗克尺度被约束为 137±12 GeV。

ABSTRACT

According to the multiple point principle, Nature adjusts coupling parameters so that many vacuum states exist and each has approximately zero vacuum energy density. We apply this principle to the general two-Higgs doublet extension of the Standard Model, by requiring the existence of a large set of degenerate vacua at an energy scale much higher than the presently realized electroweak scale vacuum. It turns out that two scenarios are allowed. In the first scenario, a CP conserving Higgs potential and the absence of flavour changing neutral currents are obtained without fine-tuning. In the second scenario, the photon becomes massive in the high scale vacua. We briefly discuss the resulting phenomenology.

研究动机与目标

• 将多重点原理（MPP）应用于无显式对称性的通用双 Higgs 双生模型（2HDM）
• 探究 MPP 是否能自然地抑制味改变中性流（FCNCs）而无需微调
• 推导 MPP 条件，以实现电弱真空与高能标真空之间的简并
• 在 MPP 约束下预测 Higgs 质量谱，尤其关注大 tanβ 极限情况

提出的方法

• 构建包含十个独立耦合常数的最一般可重整化 SU(2)×U(1) 规范不变 Higgs 势，适用于两个双生子
• 假设有效耦合仅依赖于总 Higgs 场模长 Φ² = |H₁|² + |H₂|²，从而实现跑动演化
• 通过要求电弱真空（v ≈ 246 GeV）与高能标真空（Φ ≈ M_Pl）的真空能量密度简并，应用 MPP
• 在标度 Λ 处推导 MPP 条件，设定 λ₅(Λ) = λ₆(Λ) = λ₇(Λ) = βλ₅(Λ) = βλ₆(Λ) = βλ₇(Λ) = 0 且 λ̃(Λ) = βλ̃(Λ) = 0，以确保 CP 不变性并消除 FCNCs
• 施加真空稳定性条件（19），确保势能在整个能量范围内有下界
• 对从 10 TeV 到 M_Pl 的标度范围内，MPP 约束下 Higgs 谱的数值分析，重点关注大 tanβ 情况

实验结果

研究问题

• RQ1 多重点原理是否能自然地在 2HDM 中导致 CP 不变的 Higgs 势，而无需微调？
• RQ2 MPP 条件是否能在不引入显式 Z₂ 对称性的情况下抑制 2HDM 中的味改变中性流？
• RQ3 在高能标下，特别是普朗克尺度，MPP 约束下 Higgs 玻色子质量的预测值是什么？
• RQ4 MPP 条件如何约束大 tanβ 区域的 Higgs 自相互作用耦合及最轻 Higgs 玻色子质量？
• RQ5 MPP 条件是否可通过未来对撞机中对 Higgs 耦合常数和质量的测量进行检验？

主要发现

• 在标度 Λ 处，MPP 条件 λ₅(Λ) = λ₆(Λ) = λ₇(Λ) = βλ₅(Λ) = βλ₆(Λ) = βλ₇(Λ) = 0 强制实现 CP 不变性与弱破缺的 Z₂ 对称性，无需微调即可消除味改变中性流
• 在标度 Λ 处额外施加 MPP 条件 λ̃(Λ) = βλ̃(Λ) = 0，提供两个非零 Higgs 自相互作用耦合之间的独立关系，未来对撞机可检验
• 对于大 tanβ 且 Λ = M_Pl 的情况，最轻 Higgs 玻色子质量预测为 137±12 GeV，且随着 MPP 标度的提高，约束更加严格
• 在大 tanβ 极限下，重标量、赝标量和带电 Higgs 玻色子质量几乎简并，且超过 300 GeV
• 当 tanβ ≈ m_t(M_t)/m_b(M_t) 极大时，由于 λ₂(Λ) 约束减弱，最轻 Higgs 玻色子质量的上限在 Λ = M_Pl 时提升至 180 GeV
• 当忽略软 SUGRA 破坏项时，MPP 条件在最小超对称标准模型的高能标下精确满足，提示 MPP 与超对称之间可能存在更深层联系