[論文レビュー] A Higgs Impostor in Low-Scale Technicolor

E. Eichten, Kenneth Lane+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、LHCで観測された125 GeVのボソンが標準模型ヒッグス粒子ではなく、CP = −1 を持つ低スケール・テクニカラー（LSTC）における擬スカラーヒッグス模造粒子（テクニピオン ηT）であると提案する。ゲージボソンと混合する等スピンゼロπ⁰Tと組み合わせて、125 GeVの状態（ηL）を形成し、グルーオンへの主要な崩壊モードを示すことで、WW∗ および ZZ∗ の崩壊レートが抑制される。これは、標準模型ヒッグス説明の代替として検証可能である。

ABSTRACT

We propose a "Higgs impostor" model for the 125 GeV boson, $X$, recently discovered at the LHC. It is a technipion, $η_T$, with $I^G J^{PC} = 0^- 0^{-+}$ expected in this mass region in low-scale technicolor. Its coupling to pairs of standard-model gauge bosons are dimension-five operators whose strengths are determined within the model. It is easy for the gluon fusion rate $σB(gg o η_T o γγ)$ to agree with the measured one, but $η_T o ZZ^*,\,WW^*$ are greatly suppressed relative to the standard-model Higgs rates. This is a crucial test of our proposal. In this regard, we assess the most recent data on $X$ decay modes, with a critical discussion of $X o ZZ^* o 4\ell$. In our model the $η_T$ mixes almost completely with the isovector $π^0_T$, giving two similar states, $η_L$ at 125 Gev and $η_H$ higher, possibly in the range 170--190 Gev. Important consequences of this mixing are (1) the only associated production of et al is via $ o o W η_L$, and this could be sizable; (2) $η_H$ may soon be accessible in $gg o η_H o γγ$; and (3) LSTC phenomenology at the LHC is substantially modified.

研究の動機と目的

• LHCにおける125 GeVのボソンが標準模型ヒッグス粒子ではなく、テクニピオン（ηT）であると説明すること。
• 標準模型予測と比較して、ZZ∗→4ℓおよびWW∗崩壊レートに顕著な差異が生じる理由を説明すること。
• 2スケールLSTCモデルにおける等スカラーηTと等スピンゼロπ⁰Tの混合が及える影響を調査すること。
• LHCにおける新しいシグネチャ—特に、関連生成ρT→WηLおよび重いηH状態の予測—を提示すること。
• 自然性問題およびフラバー問題を回避する、標準模型ヒッグスの検証可能な代替案を提供すること。

提案手法

• 拡張テクニカラー（ETC）相互作用を含む2スケール低スケール・テクニカラー（LSTC）モデルを提案する。
• CP = −1 を持つ擬スカラーボソンとしてηTをモデル化し、次元5のウェス＝ツミノ＝ウィッテン（WZW）相互作用を通じて標準模型ゲージボソンと結合する。
• 等スカラーηTと等スピンゼロπ⁰Tの混合を導入し、2つの物理的状態（ηL：125 GeV および ηH：170–190 GeV）を形成する。
• WZW結合を用いてηLの生成および崩壊レートを計算し、WW∗、ZZ∗、およびベクトルボソン融合モードの著しい抑制を示す。
• 混合により、ρT→WηLの関連生成が顕著に増幅されることを評価する。
• ηH →γγ の断面積が最大で ∼0.25 pb に達し、LHCで観測可能であると予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 125 GeVのボソンが、その崩壊レートを踏まえて、標準模型ヒッグス粒子ではなくテクニピオンとして説明可能か？
• RQ2 なぜ125 GeV状態のWW∗およびZZ∗崩壊レートは、標準模型の予測と比べて抑制されているのか？
• RQ3 2スケールLSTCモデルにおけるηTとπ⁰Tの混合が及える物性的影響は何か？
• RQ4 diphotonチャンネルで観測可能な、より重いヒッグス模造粒子状態（ηH）が存在するか？
• RQ5 ηTとπ⁰Tの混合が、ρTの崩壊およびLHCにおける関連生成に与える影響は何か？

主な発見

• 125 GeV状態（ηL）は主にグルーオン融合で生成され、ほぼ100%がグルーオンに崩壊するため、γγ、WW∗、ZZ∗ のレートが抑制される。
• ηL →γγ のレートはLHCデータと整合的であるが、ηL →WW∗ および ηL →ZZ∗ は標準模型ヒッグスと比較して著しく抑制されている。
• ηTとπ⁰Tの混合により、170–190 GeVに位置するより重い状態ηHが形成され、diphotonチャンネルで観測可能である可能性がある。
• 位相空間的要因と混合の影響により、ρT →WηL の崩壊モードが強化され、CDFのジエット過剰と関連する可能性がある。
• ρT →WηL のシグナルは、Wπ⁰Tジエットピークと重複し、CMSにおける二ボソンモデルの構築を複雑にする可能性がある。
• π±TηL 崩壊チャネルの開放により、ρ±T →Zπ±T →ℓ+ℓ−jj のレートは50–60%低下すると予想される。