[論文レビュー] A minimally tuned composite Higgs model from an extra dimension

Duccio Pappadopulo, Andrea Thamm+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用数 16

ひとこと要約

この論文は、追加次元に compactified されたバルクフェルミオンの特定の SO(5) 表現に標準模型の場を埋め込むことで、最小限の調整を実現する 5D コンposite ヒッグスモデルを提案する。ヒッグスは SO(5)/SO(4) の破れから生じる擬スピンゴルドストーン粒子であり、フェルミオン表現の選択により二次的発散が抑制され、電弱精度テストに整合する最小の調整が達成される。このモデルは、電荷 8/3 の新しい特異なクォーク Υ を予測し、W⁺W⁺W⁺b に崩壊するため、LHC での発見または除外に向けた特徴的なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

We construct and study the 5D realization of a composite Higgs model with minimal tuning. The Higgs is a (pseudo-)Goldstone boson from the spontaneous breaking of a global SO(5) symmetry to an SO(4) subgroup. The peculiarity of our construction lies in the specific choice of the SO(5) representations of the 5D fermions from which the Standard Model fields arise as chiral zero modes. This choice reduces the tuning of these models to the minimal model-independent value allowed by electroweak precision tests. We analyse the main differences between our 5D construction and other descriptions in terms of purely 4D field theories. 5D models are generally more constrained and show a generic difficulty in accommodating a light Higgs without reintroducing large corrections to the \hat{S} parameter. We propose a specific construction in which this tension can be, even though accidentally, relaxed. We discuss the spectrum of the top partners in the viable regions of parameter space and predict the existence of light exotic quarks, Υ, of charge 8/3 whose striking decay channel Υ o W^+W^+W^+ b can lead to either exclusion or confirmation of the model in the near future.

研究の動機と目的

• ヒッグス系における調整を最小限に抑える 5D 追加次元におけるコンポジット ヒッグスモデルの構築を目的とする。
• 5D モデルにおいて軽いヒッグスと S パラメータへの大きな補正の間の矛盾を解消することを目的とする。
• 電弱精度テストと整合する最小調整のシナリオを実現することを目的とする。
• 特に電荷 8/3 のトップパートナを含む、新たな発見可能性のある特異な状態を同定することを目的とする。
• 4D の構成に起因する微調整問題を回避する 5D のコンポジット ヒッグスモデルの実現を目的とする。

提案手法

• 追加次元に compactified された 5D バルクフェルミオンの特定の SO(5) 表現に標準模型フェルミオンを埋め込む。
• 5D フェルミオンからのチャーミカルゼロモードを用いて SM クォークおよびレプトンを実現し、ヒッグスを SO(5)/SO(4) の破れから生じる擬スピンゴルドストーン粒子として扱う。
• UV および IR のブレーンにおける境界条件を設定し、SM 場の正しい量子数およびヘリシティを生成する。
• カーラーツァ・キラーレゾナントを含むループ補正を通じて S および T パラメータを計算し、最初のベクトル KK レゾナント質量を対数的カットオフとして用いる。
• ホログラフィック技術を用いて 5D 理論を 4D 有効記述に写像し、トップパートナースペクトルおよび特異状態を含む。
• 5D フェルミオン表現内容からトップパートナーや特異クォークのスペクトル、特に電荷 8/3 の Υ 状態を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱精度テストが許容する最小の調整を達成できる 5D コンポジット ヒッグスモデルは構築可能か？
• RQ2 軽いヒッグスを持つ 5D モデルにおいて、一般的な理論的緊張があるにもかかわらず、S パラメータをどのようにして小さく保つか？
• RQ3 この 5D の構成におけるトップパートナーや特異フェルミオンの物性的シグネチャは何か？
• RQ4 5D フェルミオンの SO(5) 表現の特定の選択が、ヒッグスポテンシャル内の二次的発散を自然に抑制できるか？
• RQ5 特に電荷 8/3 の特異クォーク Υ に対して、どのような特徴的な崩壊チャンネルが生じるか？

主な発見

• モデルは、電弱精度テストが許容する最小の調整を達成しており、カットオフスケールは約 450 GeV に相当する。
• S および T パラメータはカットオフに対し対数的にスケーリングし、カットオフが最初のベクトル KK レゾナント質量に設定された場合、実験的制約と整合する。
• トップパートナには、電荷 +8/3 の新しい特異クォーク Υ が含まれており、特徴的な最終状態 W⁺W⁺W⁺b に崩壊すると予測される。
• Υ 状態は 5D フェルミオン表現内容およびその結合から生じ、その量子数と結合により崩壊幅が W⁺W⁺W⁺b チャンネルが支配的になる。
• モデルは、TeV スケール付近にトップパートナースペクトルを予測しており、最も軽い特異クォーク状態は Υ であり、近い将来に LHC で発見または除外可能である。
• 特定のフェルミオン表現の選択により、5D の構成が、たまたまでも軽いヒッグスと S パラメータの間の緊張を緩和した。