[論文レビュー] Anarchic Yukawas and top partial compositeness: the flavour of a successful marriage

Giacomo Cacciapaglia, Haiying Cai+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、アナルティックな Yukawa 結合とトップクォークの部分的コンポジット性を備えた複合ヒッグスモデルを提案する。このモデルでは、トップクォークの質量が重いコンポジット状態と混合することで生じる。フレーバー保存およびフレーバー変換過程を分析した結果、現在の LHC の制約のもとでもモデルが妥当であり、フレーバー変換効果が 1 TeV 未塔レベルに抑えられることを示し、アナルティックな Yukawa 結合と部分的コンポジット性が自然かつフレーバー安全な枠組みでうまく統合されることを示している。

ABSTRACT

The top quark can be naturally singled out from other fermions in the Standard Model due to its large mass, of the order of the electroweak scale. We follow this reasoning in models of pseudo Nambu Goldstone Boson composite Higgs, which may derive from an underlying confining dynamics. We consider a new class of flavour models, where the top quark obtains its mass via partial compositeness, while the lighter fermions acquire their masses by a deformation of the dynamics generated at a high flavour scale. One interesting feature of such scenario is that it can avoid all the flavour constraints without the need of flavour symmetries, since the flavour scale can be pushed high enough. We show that both flavour conserving and violating constraints can be satisfied with top partial compositeness without invoking any flavour symmetry for the up-type sector, in the case of the minimal SO(5)/SO(4) coset with top partners in the four-plet and singlet of SO(4). In the down-type sector, some degree of alignment is required if all down-type quarks are elementary. We show that taking the bottom quark partially composite provides a dynamical explanation for the hierarchy causing this alignment. We present explicit realisations of this mechanism which do not require to include additional bottom partner fields. Finally, these conclusions are generalised to scenarios with non-minimal cosets and top partners in larger representations.

研究の動機と目的

• 階層問題に対処するため、アナルティックな Yukawa 結合とトップクォークの部分的コンポジット性を有する複合ヒッグスモデルの妥当性を検討すること。
• トップクォークがコンポジット状態と混合することで生じるフレーバー変換効果が、実験的制約の範囲内に収まるかどうかを評価すること。
• スカラーおよびベクトルの高エネルギー励起状態がフレーバー変換過程を媒介する役割と、その UV 貢献が果たす役割を調査すること。
• アナルティックな Yukawa 構造と部分的コンポジット性を組み合わせることで、成功裏に自然かつフレーバー整合性を保ったモデルが得られることを示すこと。

提案手法

• モデルは、グローバル対称性の破れ構造を持つコンポジット領域を導入し、擬スカラー・ニャーマン・ゴールドストーンのヒッグス粒子を生成する。
• トップクォークの質量は、部分的コンポジット性によって生成され、トップクォークが重いコンポジットフェルミオンと線形結合によって標準模型の対称性破れ（EWSB）領域と混合することで生じる。
• アナルティックな Yukawa 結合は、シングレットスカラー Φ とベクトル励起状態 Vμ を介して導入され、クォークとフレーバー不変ではあるが、非一様な混合強度を持つ。
• フレーバー変換効果は有効場理論を用いて計算され、重い励起状態を積分して次元6のオペレーターを導出する。
• 摂動的展開を用いて混合角と結合定数を計算し、sϕL および cϕL は混合スケール M* と真空期待値 f によって定義される。
• フレーバー変換効果を示すオペレーターのウィルソン係数を導出し、D⁰–D̄⁰ の混合や他の過程からの実験的制約と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アナルティックな Yukawa 結合は、大規模なフレーバー変換中性荷電現在を引き起こさない部分的コンポジット枠組みに一貫して組み込めるか？
• RQ2 トップクォークの部分的コンポジット性や高エネルギー励起状態の探索といったフレーバー保存過程からの制約は何か？
• RQ3 スカラーおよびベクトルの高エネルギー励起状態からの UV 貢献は、このモデルにおけるフレーバー変換過程にどのように影響するか？
• RQ4 特にヒッグス結合定数やフレーバー観測量に関して、現在の LHC のデータとどの程度整合性を保てるか？

主な発見

• 次元6のオペレーター Q₄ᵘᶜ の有効ウィルソン係数は約 10⁻¹⁰/TeV² と推定され、実験的制約より著しく小さい。
• ベクトル励起状態が媒介するオペレーター Q₁ᵘᶜ の係数は約 10⁻⁹/TeV² であり、D⁰–D̄⁰ の混合からの実験的限界内に安全に収まっている。
• 混合構造と M* スケールによる抑制のおかげで、アナルティックな Yukawa 結合を有しても、フレーバー制約のもとでモデルは妥当である。
• 顕著なフレーバー変換の欠如は、結合のチャイral性とモデル内での混合角の特定のアライメントに起因する。
• 微調整を必要とせず、自然かつフレーバー安全に軽いヒッグス粒子とトップクォークの質量を実現できる。
• 結果として、アナルティックな Yukawa 結合と部分的コンポジット性が一貫した、現象論的に妥当な枠組みで共存できることを示している。