Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

The two-Higgs-doublet modelas an explanation for the muon (g−2) discrepancy

Wettersten, Zenny LU (2020) FYTK02 20201
Theoretical Particle Physics - Undergoing reorganization
Abstract
The general Z2-violating two-Higgs-doublet model (2HDM) is analysed as an explanation for the discrepancy between Standard Model predictions and experimental measurements of the muon anomalous magnetic dipole moment ∆aµ, with the condition that it does not provide an electron electric dipole moment |eEDM| larger than experimental bounds. Several point studies of individual 2HDM parameter space points are made to show large-scale cancellation among Barr-Zee 2-loop contributions to |eEDM| at large Yukawa lepton sector magnitudes, as well as an approximately linear growth of total aµ contribution when those magnitudes are rescaled by a common factor, reaching the same order as ∆aµ. These point studies show that diagonally enhanced Yukawa... (More)
The general Z2-violating two-Higgs-doublet model (2HDM) is analysed as an explanation for the discrepancy between Standard Model predictions and experimental measurements of the muon anomalous magnetic dipole moment ∆aµ, with the condition that it does not provide an electron electric dipole moment |eEDM| larger than experimental bounds. Several point studies of individual 2HDM parameter space points are made to show large-scale cancellation among Barr-Zee 2-loop contributions to |eEDM| at large Yukawa lepton sector magnitudes, as well as an approximately linear growth of total aµ contribution when those magnitudes are rescaled by a common factor, reaching the same order as ∆aµ. These point studies show that diagonally enhanced Yukawa couplings in the 2HDM could be an explanation for ∆aµ without violating experimental bounds on |eEDM|. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Standardmodellen (SM) ̈ar det närmaste vi kommit en theory of everything. Den beskriver individuella partikelinteraktioner perfekt, gjorde vid dess formulering nya förutsägelser ochhar konsekvent visats ha rätt.

Den är även usel.

Trots att SM perfekt beskriver individuella partikelinteraktioner så stämmer modellens universella förutsägelser inte ̈överens med verkligheten. Den kan inte förklara varför det finns mer materia ̈än antimateria och den ̈ar oförenlig med Einsteins allmänna relativitetsteori. Av denna anledning studerar teoretiska partikelfysiker så kallade bortom SM-modeller, såsom två-Higgs-dublett-modellen (2HDM).

Säg att du ̈ar hemma och lagar tomatsås. Du smakar på såsen: Den ̈ar god, men den kunde ha varit bättre.... (More)
Standardmodellen (SM) ̈ar det närmaste vi kommit en theory of everything. Den beskriver individuella partikelinteraktioner perfekt, gjorde vid dess formulering nya förutsägelser ochhar konsekvent visats ha rätt.

Den är även usel.

Trots att SM perfekt beskriver individuella partikelinteraktioner så stämmer modellens universella förutsägelser inte ̈överens med verkligheten. Den kan inte förklara varför det finns mer materia ̈än antimateria och den ̈ar oförenlig med Einsteins allmänna relativitetsteori. Av denna anledning studerar teoretiska partikelfysiker så kallade bortom SM-modeller, såsom två-Higgs-dublett-modellen (2HDM).

Säg att du ̈ar hemma och lagar tomatsås. Du smakar på såsen: Den ̈ar god, men den kunde ha varit bättre. Hur reagerar du? Din omedelbara reaktion hade antagligen inte varit att hälla såsen i vasken och börja om från början, utan du skulle helt enkelt krydda till den. Det ̈ar vad 2HDM ̈ar för SM — en minimal förlängning, där en lägger till ett extra fält med samma struktur som det väletablerade Higgsfältet som redan ̈ar en del av SM.

Men varför ett Higgsfält? Jo, som namnet minimal förlängning föreslår är Higgsfältet och dess tillhörande Higgsboson SMs enklaste delar. Det är ett skalärfält, till skillnad från de andra, vilka är vektorfält — fysikspråk, vilket betyder att när det gäller ordspråket, “En bild säger mer än tusen ord", är Higgsfältet ett ord medan de andra fälten är bilder. Fast orden är i det här fallet siffror. Andra fält rymmer massvis med information, men Higgsfältet berättar bara om en partikels massa och position.

Genom att lägga till ett extra Higgsfält får vi då nya interaktionstermer, vilket också är fysikspråk och betyder ‘sätt olika partiklar kan göra saker med varandra'. SMs Higgsfält har kopplingar till elektronfältet och genom att interagera med Higgsfältet blir elektronerna massiva. Å andra sidan har Higgsfältet ingen koppling till fotonfältet, så fotonerna förblir masslösa.

När vi väl gjort matten så ser vi att tillskottet av ett extra Higgsfält leder till interaktionstermer som tillåter CP-brytande interaktioner. Kort och gott hänvisar CP-brott till mekanismer som kan skapa olika mängder materia och antimateria, så 2HDM skulle möjligtvis kunna lösa motsägelser angående universums utveckling.

Dessutom är 2HDM en nödvändig del av flera mer avancerade bortom SM-modeller, såsom supersymmetri eller supersträngteori, vilka kräver att olika sorters partiklar får massa från olika Higgsfält. Dessa kan ses som nya, mer avancerade recept du kan ta dig an när du bemästrat tomatsåsen.

2HDM är för SM vad lite extra krydda är för matlagning: Det räddar inte en fasansfull måltid, men det kan ge något gott, det där lilla extra. Modellen kan även bana vägen för mer innovativa recept. Innan en prövar något helt nytt är det dock vettigt att ta sig så långt som möjligt med det som finns till hands — varför gå till affären när du inte använt alla ingredienser i skafferiet? Därför testar vi 2HDMs duglighet: I hopp om att lösa problemen partikelfysiken står inför idag och sedan kunna hitta nya recept att testa framöver. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Wettersten, Zenny LU
supervisor
organization
course
FYTK02 20201
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
Beyond Standard Model, BSM, CP violation, Higgs Physics, two Higgs doublet model, 2hdm
language
English
id
9021200
date added to LUP
2020-06-30 10:59:15
date last changed
2020-06-30 10:59:15
@misc{9021200,
  abstract     = {{The general Z2-violating two-Higgs-doublet model (2HDM) is analysed as an explanation for the discrepancy between Standard Model predictions and experimental measurements of the muon anomalous magnetic dipole moment ∆aµ, with the condition that it does not provide an electron electric dipole moment |eEDM| larger than experimental bounds. Several point studies of individual 2HDM parameter space points are made to show large-scale cancellation among Barr-Zee 2-loop contributions to |eEDM| at large Yukawa lepton sector magnitudes, as well as an approximately linear growth of total aµ contribution when those magnitudes are rescaled by a common factor, reaching the same order as ∆aµ. These point studies show that diagonally enhanced Yukawa couplings in the 2HDM could be an explanation for ∆aµ without violating experimental bounds on |eEDM|.}},
  author       = {{Wettersten, Zenny}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{The two-Higgs-doublet modelas an explanation for the muon (g−2) discrepancy}},
  year         = {{2020}},
}