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# 物理学# 高エネルギー物理学-現象論

ヘビー・ヒッグスボソンと2ヒッグスダブレットモデル

2HDMを通じて、重いヒッグスボソンが素粒子物理学に与える影響を探る。

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粒子物理学におけるヘビー・粒子物理学におけるヘビー・ヒッグスる影響。重いヒッグス粒子が低エネルギー過程に与え
目次

2ヒッグス二重項モデル(2HDM)は、標準模型の拡張なんだ。標準物理学では、1つのヒッグスボソンがあって、他の粒子に質量を与える重要な役割を果たしてる。2HDMはもう一つのヒッグス二重項を導入して、5つの物理的なヒッグスボソンを作り出すんだ。このモデルは、1つのヒッグスボソンだけではできないより複雑な相互作用や現象が可能になるから面白い。

ヘビー・ヒッグスボソン

2HDMでは、5つのヒッグスボソンのうち1つは軽くて、実験で観測されたヒッグスボソンに対応してる。他の4つは重くて、宇宙の粒子や力の振る舞いに重要な影響を与える。普通、これらの重いヒッグスボソンはモデルの他のすべてのものよりもはるかに質量が大きいと考えられてる。

効率的な場の理論(EFTs)

効率的な場の理論は、低エネルギーでの物理プロセスを分析する手法を提供する。ここでは、2つの主要なEFTを考える:ヒッグス効率的場の理論(HEFT)と標準模型効率的場の理論(SMEFT)。どちらの理論も標準模型を超えた物理の効果を捉えることを目的としてるけど、異なる仮定や方法で問題にアプローチしてる。

非デカップリング効果

2HDMの重要な側面の一つは、重いヒッグスボソンから生じる非デカップリング効果だ。簡単に言うと、これらの重い粒子が低エネルギーで直接観測できなくても、その存在が軽い粒子の振る舞いに影響を及ぼすことがあるってこと。これは、重いヒッグスボソンが実験で研究できるプロセスに寄与することを意味するから重要なんだ。

アンプリチュード・マッチング

この研究では、2HDMとHEFTの予測をつなぐために、アンプリチュード・マッチングっていう技術を使ってる。アンプリチュード・マッチングは、粒子がどのように相互作用するかを記述する数学的表現を比較することで、重いヒッグスボソンが低エネルギーでの様々な物理プロセスにどのように影響するかを理解する手助けをしてくれる。

低エネルギー効果

重いヒッグスボソンが理論から統合されるときに引き起こす効果を理解することに焦点を当ててる。つまり、軽いヒッグスボソンや力を媒介するゲージボソンが関与するプロセスを考慮したときに物理がどのように変わるかを見るってこと。

アンプリチュードの計算

目標を達成するために、2HDM内でヒッグスボソンやゲージボソンを含むいくつかの物理プロセスのアンプリチュードを計算してる。これには、粒子が他の粒子に変わる崩壊プロセスと、粒子が衝突して相互作用する散乱プロセスの両方が含まれる。

アライメントとミスマッチの役割

研究は、2HDM内の異なるシナリオを区別してる:アライメントとミスマッチ。アライメントの場合、軽いヒッグスボソンは標準模型ヒッグスと似た振る舞いをするけど、ミスマッチではヒッグスボソンの相互作用が標準模型の予測から大きく逸脱することがあって、より豊かで観測可能な現象につながる可能性がある。

効率的係数間の相関

研究の重要な部分は、HEFTから導出された効率的係数間の相関を探ること。これらの係数は、理論の異なる側面がどのように相互作用し、観測可能な量に寄与するかを説明するパラメータなんだ。彼らの関係を理解することで、物理がどのように働いているかの明確なイメージを作る手助けになる。

数値解析

数値解析は、この研究で重要な役割を果たしてる。2HDM内のパラメータを変えて、それに対応するHEFTの係数を計算することで、ヒッグスボソンの質量や相互作用に関する異なる仮定に基づいて理論の予測がどのように変わるかをマッピングできる。これが実験データと一致する領域を特定するのに役立って、今後の実験の指針にもなるかもしれない。

結論

この研究は、重いヒッグスボソンが粒子物理学で果たす役割を理解する上での2HDMの重要性を強調してる。効率的な場の理論とアンプリチュード・マッチングを使うことで、これらの重い粒子が低エネルギーのプロセスにどのように影響を与えるかについての洞察を提供してる。また、関与する複雑な相互作用をより深く理解する必要性や、標準模型を超えた新しい現象の発見の可能性も強調してる。

この枠組みは、ヒッグス物理学の謎や宇宙の基本構造を解明するためのさらなる探求や実験の舞台を整えている。

オリジナルソース

タイトル: Non-decoupling effects from heavy Higgs bosons by matching 2HDM to HEFT amplitudes

概要: In this work we explore the low energy effects induced from the integration of the heavy Higgs boson modes, $H$, $A$ and $H^\pm$, within the Two Higgs Doublet Model (2HDM) by assuming that the lightest Higgs boson $h$ is the one observed experimentally at $m_h \sim 125$ GeV. We work within the context of Effective Field Theories, focusing on the Higgs Effective Field Theory (HEFT), although some comparisons with the Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) case are also discussed through this work. Our main focus is placed in the computation of the non-decoupling effects from the heavy Higgs bosons and the capture of such effects by means of the HEFT coefficients which are expressed in terms of the input parameters of the 2HDM. Our approach to solve this issue is by matching the amplitudes of the 2HDM and the HEFT for physical processes involving the light Higgs boson $h$ in the external legs, instead of the most frequently used matching procedure at the Lagrangian level. More concretely, we perform the matching at the amplitudes level for the following physical processes, including scattering and decays: $h\to WW^*\to Wf\bar{f'}$, $h\to ZZ^*\to Zf\bar{f}$, $WW \to hh$, $ZZ \to hh$, $hh \to hh$, $h \to \gamma \gamma$ and $h \to \gamma Z$. One important point of this work is that the matching is required to happen at low energies compared to the heavy Higgs boson masses, and these are heavier than the other particle masses. The proper expansion for this heavy mass limit is also defined here, which provides the results for the non-decoupling effects presented in this work. We finally discuss the implications of the resulting effective coefficients, and remark on the interesting correlations detected among them.

著者: F. Arco, D. Domenech, M. J. Herrero, R. A. Morales

最終更新: 2023-07-28 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://arxiv.org/abs/2307.15693

ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2307.15693

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた arxiv に感謝します。

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