[论文解读] Unitarity constraints on scalar parameters of the Standard and Two Higgs Doublets Model

Abdesslam Arhrib|ArXiv.org|Dec 28, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 43

一句话总结

本文通过分析标量散射过程的完整S矩阵，推导出标准模型（SM）和双希格斯双重模型（THDM）中标量参数的严格幺正性约束。研究表明，在具有精确Z2对称性的THDM中，最轻的CP偶宇称希格斯玻色子质量 $M_h$ 与 $\tan\beta$ 存在强烈相关性，对大 $\tan\beta$ 情况施加了 $M_h$ 的下限；当引入离散对称性破缺项（如 $\lambda_5$）时，该相关性减弱，从而放松了对 $M_h$ 的约束。

ABSTRACT

Unitarity constraints on the scalar parameters both for the Standard Model and the general Two Higgs Doublet Model (THDM) are examined. In the case of the THDM with an exact discrete symmetry transformation, we show that the mass of the lightest CP-even Higgs boson ($M_h$) and $ anβ$ are strongly correlated and consequently a strong lower bound can be put on $M_h$ for large $ anβ$. It is also shown that the inclusion of the discrete symmetry breaking term relaxes the aforementioned correlation.

研究动机与目标

• 通过使用完整的S矩阵散射振幅，推导标准模型和双希格斯双重模型（THDM）中标量参数的幺正性约束。
• 研究精确离散 $Z_2$ 对称性 ($\Phi_i \to -\Phi_i$) 对THDM中 $M_h$ 与 $\tan\beta$ 相关性的影响。
• 研究将离散对称性破缺项 ($\lambda_5$) 纳入后，对希格斯玻色子质量幺正性约束的影响。
• 通过包含所有相关的标量散射通道（而不仅弹性过程），改进先前的研究。
• 评估 $M_h$ 与 $\tan\beta$ 的测量结果是否可用于区分对称与非对称的THDM势能。

提出的方法

• 构建了THDM中包含物理希格斯玻色子与戈戈利森玻色子的全部16个独立散射通道的完整标量S矩阵。
• 从一般THDM标量势能推导散射振幅，将其表示为四次耦合常数 $\lambda_1, \dots, \lambda_6$ 和真空期望值 $v_1, v_2$ 的函数。
• 通过要求S矩阵本征值在高能极限下保持有界，施加幺正性约束，以确保微扰幺正性。
• 利用关系式 $\tan\beta = v_2/v_1$ 将约束表达为 $\tan\beta$ 与 $M_h$ 的函数，从而实现直接的相关性分析。
• 比较对称情况（$\lambda_5 = 0$）与对称性破缺情况（$\lambda_5 \neq 0$）下的结果，评估约束对对称性破缺的敏感性。
• 进行数值分析，绘制幺正性约束下的允许参数空间，重点关注 $M_h$ 的上限随 $\tan\beta$ 的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有精确 $Z_2$ 对称性的THDM中，最轻的CP偶宇称希格斯玻色子质量 $M_h$ 与 $\tan\beta$ 之间的相关性有多强？
• RQ2 在考虑完整S矩阵的情况下，THDM中希格斯玻色子质量的幺正性约束如何依赖于 $\tan\beta$？
• RQ3 将离散对称性破缺项 ($\lambda_5$) 纳入后，对 $M_h$ 的幺正性约束上限削弱的程度如何？
• RQ4 观测到的 $M_h$ 与 $\tan\beta$ 值是否可用于区分对称与非对称的 $Z_2$ THDM势能？
• RQ5 与仅考虑部分散射通道的先前研究相比，所推导的约束有何不同？

主要发现

• 在具有精确 $Z_2$ 对称性的THDM中，$M_h$ 与 $\tan\beta$ 之间出现强烈相关性，导致大 $\tan\beta$ 情况下对 $M_h$ 施加显著下限。
• 对于 $\tan\beta \geq 7$，$M_h$ 的上限被约束在 $M_h \leq 100$ GeV 以内，表明在此参数区域中必须存在一个轻希格斯玻色子。
• 引入以 $\lambda_5$ 参数化的离散对称性破缺项，削弱了 $M_h$ 与 $\tan\beta$ 之间的相关性，从而放松了对 $M_h$ 的上限约束。
• 完整S矩阵分析揭示的约束强于以往仅考虑部分散射过程的研究。
• 结果表明，$M_h$ 与 $\tan\beta$ 的测量结果可能作为区分对称与非对称THDM模型的判别工具。
• 幺正性约束对标量势能的结构敏感，特别是对 $Z_2$ 对称性的存在与否高度敏感。