Lattice investigation of custodial two-Higgs-doublet model at weak quartic couplings

弱い四重結合領域におけるカストディアル対称性を持つ二ヒッグス二重項模型の格子解析

Catumba, G.*; 平口 敦基; Hou, W.-S.*; Jansen, K.*; Kao, Y.-J.*; David Lin, C.-J.*; Ramos, A.*; Sarkar, M.*

Catumba, G.*; Hiraguchi, Atsuki; Hou, W.-S.*; Jansen, K.*; Kao, Y.-J.*; David Lin, C.-J.*; Ramos, A.*; Sarkar, M.*

標準模型と同じグローバル対称性の性質を持つSU(2)ゲージカストディアル二ヒッグス二重項模型を格子上で非摂動的に研究した。この模型では追加されたヒッグス二重項によりスカラー粒子のスペクトルが拡張され、グローバル対称性の自発的破れの可能性が開かれる。本研究ではまず、モデルのパラメータ空間のある領域においてカストディアル対称性の自発的破れが生じることを示す。その後、カストディアル対称性の存在下で、弱い四次の結合定数におけるスペクトルと走るゲージ結合定数を調べた。これらの計算は、ヒッグスとWボソンの質量比およびWボソン質量スケールでの繰り込まれたゲージ結合定数の値を固定することで、標準模型物理の等物理線上において、300から600GeVのエネルギーカットオフで実施した。そして、これらの計算から追加のスカラー状態に対して実現可能な質量を調べた。本研究で選択された裸の四次の結合定数において、これらのスカラー粒子の質量の下限はWボソン質量よりも十分に小さく、カットオフに依存しないことが示された。さらに、標準模型物理の等物理線に沿った有限温度での電弱相転移も研究し、滑らかなクロスオーバー挙動の特性を明らかにした。

The SU(2)-gauged custodial two-Higgs-doublet model, which shares the same global-symmetry properties with the standard model, is studied non-perturbatively on the lattice. The additional Higgs doublet enlarges the scalar spectrum and opens the possibility for spontaneous breaking of the global symmetry. In this work we start by showing the occurrence of spontaneous breaking of the custodial symmetry in a region of the parameter space of the model. Following this, both the spectrum and the running of the gauge coupling are examined at weak quartic couplings in the presence of the custodial symmetry. The calculations are performed with energy cutoffs ranging from 300 to 600 GeV on a line of constant standard model physics, obtained by tuning bare couplings to fix the ratio between the masses of the Higgs and the W bosons, as well as the value of the renormalized gauge coupling at the scale of the W boson mass. The realizable masses for the additional scalar states are explored. For the choice of bare quartic couplings in this work, the estimated lower bound of these masses is found to be well below the W boson mass, and independent of the cutoff. We also study the finite temperature electroweak transition along this line of constant standard model physics, revealing properties of a smooth crossover behavior.