[论文解读] Triple and Quartic Interactions of Higgs Bosons in the General Two-Higgs-Doublet Model

M. Dubinin, А. Семенов|ArXiv.org|Dec 4, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文通过以四个希格斯玻色子质量与两个混合角表示质量矩阵的对角化，推导出一般双希格斯双重模型（2HDM）中三重与四重希格斯自耦合的完整费曼规则，包括CP破坏相互作用。该研究为在MSSM启发的约束条件下，于直线对撞机上计算三重与双重希格斯玻色子产生过程提供了紧凑的框架，为研究标准模型之外的希格斯 sector 现象学提供了一项精确工具。

ABSTRACT

In the case of minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM), when the pseudoscalar Higgs boson mass is less than the supersymmetry energy scale, the effective theory at the electroweak scale is a two-Higgs-doublet model. We diagonalize the mass matrix of the general two-Higgs-doublet model, expressing Higgs boson self-couplings in terms of two mixing angles and four Higgs boson masses, and derive in a compact form the complete set of Feynman rules, including quartic couplings in the Higgs sector, for the case of CP-violating potential. Some processes of double and triple Higgs boson production at a high-energy linear collider are calculated in the case of mixing angles and scalar boson masses satisfying the MSSM constraints.

研究动机与目标

• 系统推导一般双希格斯双重模型（2HDM）中希格斯自相互作用的完整费曼规则集，包括四次耦合。
• 以四个物理希格斯玻色子质量与两个混合角表示所有希格斯自耦合，实现模型无关分析。
• 在希格斯势中包含CP破坏效应，扩展以往仅限于CP守恒情况的研究。
• 为在高能直线对撞机上计算双重与三重希格斯玻色子产生过程提供实用框架。
• 在MSSM启发的约束下应用所推导的形式体系，确保其与超对称启发现象学的相关性。

提出的方法

• 在一般2HDM中对希格斯质量矩阵进行对角化，以提取物理态与混合参数。
• 使用四个物理标量质量与两个混合角参数化希格斯 sector，取代原始的Yukawa与四次耦合。
• 以紧凑、协变的形式推导所有三重与四重希格斯相互作用顶点，适用于CP守恒与CP破坏两种情况。
• 显式构建包含带电与中性希格斯玻色子的所有顶点的完整费曼规则集。
• 以MSSM低能有效理论作为物理基准，假设赝标量希格斯玻色子质量低于SUSY尺度。
• 在MSSM启发的参数选择下，对选定过程——双重与三重希格斯产生——进行数值评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含CP破坏的一般2HDM中，如何系统推导出完整的希格斯自耦合规则集？
• RQ2 三重与四重希格斯顶点对四个物理希格斯玻色子质量与两个混合角的显式依赖关系是什么？
• RQ3 希格斯势中的CP破坏相位如何影响希格斯自相互作用的结构及其现象学信号？
• RQ4 在MSSM启发的参数选择下，直线对撞机上双重与三重希格斯玻色子产生的截面是多少？
• RQ5 所推导的形式体系能否以模型无关的方式，用于在MSSM约束下检验希格斯 sector 的一致性？

主要发现

• 本文提供了在一般2HDM中所有三重与四重希格斯自相互作用（包括CP破坏项）的完整、紧凑且明确的费曼规则集。
• 所有希格斯自耦合均以四个物理质量与两个混合角表示，可直接用于现象学应用。
• 该形式体系包含了涉及带电与中性希格斯玻色子的所有相关顶点，对对撞机过程至关重要。
• 数值结果表明，双重与三重希格斯产生率对混合角与质量谱敏感，尤其在MSSM启发的参数区域中显著。
• 所推导的框架可实现对标准模型之外模型中希格斯自耦合的精确研究，特别是在MSSM低能有效理论背景下。
• 本工作为未来LHC与直线对撞机在CP破坏情景下对希格斯 sector 自相互作用的分析奠定了基础。