[論文レビュー] A radiatively improved fermiophobic Higgs boson scenario

Emidio Gabrielli, B. Mele|arXiv (Cornell University)|Dec 27, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、高エネルギー仕様の切断スケール Λ からの正規化群の進化によってフェルミオンへのヤクバイカップリングが生成される、放射的に改善されたフェルミオフィリックなヒッグスボソンのモデルを提案している。これは、素粒子質量に起因する手動のチャージスケールの破れによって、素朴なフェルミオフィリックモデルが量子補正の下で不安定になる問題を解決する。線形衝突機が、特に150 GeV未塔のヒッグス質量において、Brを正確に測定し、Λスケールを制約するために不可欠であることが示されている。

ABSTRACT

The naive fermiophobic scenario is unstable under radiative corrections, due to the chiral-symmetry breaking induced by fermion mass terms. In a recent study, the problem of including the radiative corrections has been tackled via an effective field theory approach. The renormalized Yukawa couplings are assumed to vanish at a high energy scale $Λ$, and their values at the electroweak scale are computed via modified Renormalization Group Equations. We show that, in case a fermiophobic Higgs scenario shows up at the LHC, a linear collider program will be needed to accurately measure the radiative Yukawa structure, and consequently constrain the $Λ$ scale.

研究の動機と目的

• フェルミオン質量が非ゼロであるために生じるチャージスケールの破れに起因する、素朴なフェルミオフィリックヒッグスモデルの放射補正による不安定性を解消すること。
• 高エネルギースケール Λ でヤクバイカップリングがゼロであるが、電弱スケールで放射的に生成される一般化された有効場理論フレームワークを構築すること。
• 独立したフェルミオン質量とヤクバイカップリングを用いて、修正された正規化群方程式を用いて、ヤクバイカップリングの主要対数補正を計算すること。
• このシナリオがLHCで検出可能かどうかを評価し、高精度測定のために線形衝突機計画の必要性を検討すること。
• ヒッグスのBr、特にH→bb、H→γγ、およびフレーバー変換型のH→bs がΛスケールにどのように依存するかを特定し、実験的にΛを決定可能にする。

提案手法

• 高エネルギースケール Λ ≫ mH でヤクバイカップリングがゼロであると仮定し、フェルミオン質量がチャージスケールの破れを引き起こす有効場理論的手法を採用する。
• 標準模型のヒッグス駆動型質量生成とは独立して導出された、修正された正規化群方程式を用い、ヤクバイカップリングとフェルミオン質量を別々のパラメータとして扱う。
• Λより高いエネルギー領域にUV完備性があると仮定し、1ループのしきい値条件を用いて電弱スケールにおける放射的に生成されたヤクバイカップリングを計算する。
• 放射的に生成されたカップリングを用いて、LHCおよび線形衝突機におけるヒッグスのBrと生成断面積を評価する。
• 異なるヒッグス質量において、H→γγ、H→bb、H→cc、H→ττ、およびフレーバー変換型のH→bs の衰えがΛスケールにどのように依存するかを分析する。
• 現在のLHC制約に基づき、(mH, Λ) 平面上での除外領域をHiggsBounds 3.4.0betaを用いて特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木図式のフェルミオンへのカップリングがゼロであるフェルミオフィリックヒッグスモデルにおいて、どのようにして放射補正がヤクバイカップリングを再生するのか？
• RQ2 チャージスケールの破れスケールΛが、電弱スケールにおけるヒッグスのBr、特にBR(H→bb)とBR(H→γγ) に与える影響は何か？
• RQ3 グルーオン融合生成が抑制されているにもかかわらず、LHCが軽いフェルミオフィリックヒッグスボソン（mH < 150 GeV）を検出できる程度はどの程度か？
• RQ4 線形衝突機によるH→bbおよびH→γγの測定がΛスケールにどの程度感度を持つのか、そして十分な精度でΛを決定できるか？
• RQ5 改良されたフェルミオフィリックシナリオにおいて、ヒッグスがさまざまなフェルミオン対（例：H→cc、H→ττ、H→bs）に崩壊する予想される率と相関関係は何か？

主な発見

• Λが小さくなるとヒッグスの全幅が増加し、mH = 120 GeV、Λ = 10^4 GeVのとき、SMの幅の最大10倍に達する。これは、放射的に生成されたフェルミオン崩壊が強化されるためである。
• mH = 120 GeVの場合、Λ = 10^4 GeVのときBR(H→γγ)はSMの値を約30倍上回り、Λ = 10^16 GeVのときBR(H→bb)はSMの値に近づく。
• LHCにおいて、VBF生成によるH→γγおよびH→WW/ZZの信号率は、mH < 130 GeVの範囲でSMの値を超える可能性があり、現在のテバトロンおよびLHCの除外境界を回避できる。
• 線形衝突機におけるe⁺e⁻ → ZH → Zb̄b の断面積はΛに強く依存し、√S = 350 GeVでΛ < 10^16 GeVのとき、SMから顕著なずれが観測可能である。
• Λ = (10^4 – 10^16) GeVの範囲で、フレーバー変換型のH→bs のBrは(10⁻⁴ – 10⁻³)に達し、SMの値（< 10⁻⁷）よりも著しく大きい。これは、新しい物理の主要な探査手段となる。
• BR(H→cc)、BR(H→ττ)、BR(H→bb) の相関関係は、特に線形衝突機でのH→γγ測定と組み合わせることで、Λの決定に特徴的なシグネチャを提供する。