[論文レビュー] Bootstrap Dynamical Symmetry Breaking with New Heavy Chiral Quarks

Yukihiro Mimura, W.-S. Hou+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、新しい重いカイラルクォークダブルット Q の強いヤコビ付き結合によって駆動されるブートストラップ的ダイナミカルスレッディングブレイキング（DSB）メカニズムを提案している。このメカニズムにより、Q が自身の質量を生成すると同時に、ループ内でのゴールドストーン粒子 G が質量を持たないことを説明する。ギャップ方程式の数値的解法により、2–3 TeV の範囲の重いクォーク質量が得られ、真のヒッグスが重いまたは存在しない場合、126 GeV のボソンをダイラトンと解釈することが可能である。

ABSTRACT

A Higgs-like new boson with mass around 126 GeV is now established, but its true nature probably cannot be settled with 2011--2012 LHC data. We assume it is a dilaton with couplings weaker than the Higgs boson (except to $γγ$ and $gg$), and explore dynamical symmetry breaking (DSB) by strong Yukawa coupling of a yet unseen heavy chiral quark doublet $Q$. Assuming the actual Higgs boson to be heavy, the Goldstone boson $G$ of electroweak symmetry breaking still couples to $Q$ with Yukawa coupling $λ_Q$. A ``bootstrap" gap equation without a Higgs particle is constructed. Electroweak symmetry breaking via strong $λ_Q$ generates both heavy mass for $Q$, while self-consistently justifying $G$ as a massless Goldstone particle in the loop. The spontaneous breaking of scale invariance in principle \emph{allows} for a dilaton. We numerically solve such a gap equation and find the mass of the heavy quark to be a couple of TeV. We offer a short critique on the results of the scale-invariant model of Hung and Xiong, where a similar gap equation is built with a massless scalar doublet. Through this we show that a light SM Higgs at 126 GeV cannot be viable within our approach to DSB, while a dilaton with weaker couplings is consistent with our main result.

研究の動機と目的

• 基本的ヒッグス粒子を仮定せず、126 GeV の状態が結合定数が抑制されたダイラトンであると仮定して、ダイナミカルな電弱対称性の自発的破れ（DSB）を探索すること。
• ゴールドストーン粒子 G と強いヤコビ付き結合 λQ を介して、新しい重いカイラルクォークダブルット Q の質量を自己自己一貫的に生成するギャップ方程式を構築すること。
• 重いクォークの質量生成にもかかわらず、ループ内でのゴールドストーン粒子 G が質量を持たないまま保たれ、ネンブー＝ゴールドストーンの性質が維持されることを示すこと。
• 126 GeV の軽い標準模型（SM）ヒッグス粒子は、この DSB メカニズムと整合しないが、結合定数が弱いダイラトンは妥当であることを示すこと。
• スケール不変性がダイナミカルな力学によって自発的に破れ、物理的状態としてのダイラトンが実現可能な枠組みを提供すること。

提案手法

• 強いヤコビ付き結合 λQ を介してゴールドストーン粒子 G と結合する重いカイラルクォークダブルット Q の質量を自己自己一貫的に生成する「ブートストラップ的」ギャップ方程式を構築する。
• 電弱対称性の自発的破れという実験的事実に基づき、ループ内ではゴールドストーン粒子 G を質量ゼロとみなす。
• 1–2 TeV 未満で新しい状態が観測されていないという経験的事実を用い、運動量積分を 2mQ で切断する。mQ は解くべき変数である。
• 連立積分方程式を数値的に解き、質量ゼロのフェルミオンを有する強い結合のスケール不変性 QED に類似したアプローチを取る。
• ギャップ方程式の文脈において、ランダウゲージに類似した簡略化を適用するが、システムは依然として連立積分方程式の形を保つ。
• Q̄Q メソン（色八重項 π8、ω8 およびスレート状態 ω1）を含めるモデルの拡張を行い、大型ハダロン衝突型加速器（LHC）における新しい生成過程を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基本的ヒッグス粒子が存在しない状況で、新しい重いカイラルクォークダブルットの強いヤコビ付き結合によって電弱対称性の破れがダイナミカルに生成可能か？
• RQ2 ゴールドストーン粒子が質量を持たないまま、重いクォークが質量を得る自己自己一貫的なギャップ方程式を構築することは可能か？
• RQ3 このようなブートストラップ的 DSB の状況下で、重いカイラルクォークダブルット Q の質量スケールはどの程度か？
• RQ4 結合定数が抑制された 126 GeV のダイラトンが、この枠組みにおいて標準模型ヒッグスと比べてどのように異なるか？
• RQ5 このモデルは、スケール不変性がダイナミカルに破れる状況において、ダイラトンを物理的状態として取り入れられるか？

主な発見

• ブートストラップ的ギャップ方程式の数値的解法により、重いカイラルクォークダブルット Q の質量が 2–3 TeV の範囲に得られた。
• この質量を生成するために必要なヤコビ付き結合 λQ は、およそ 4π の臨界値に近い値であることが判明し、π–N 系統に類似している。
• このモデルは、126 GeV の軽い標準模型ヒッグス粒子と整合しない。このような状態は、強い結合 DSB メカニズムと矛盾する。
• 126 GeV の状態がダイラトンであると解釈するモデルは、フェルミオンおよびベクトルボソンへの結合定数が v/f で抑制されている限り、モデルと整合する。
• このモデルは、Q̄Q メソンの存在を予測しており、特に色八重項（π8、ω8）および色スレート状態（ω1）が含まれる。これらの粒子は LHC で観測可能である可能性がある。
• LHC は、ベクトルボソン融合（VBF）およびヒッグスストラーレーション（VH）生成断面積が抑制されているかどうかを測定することで、126 GeV の状態がダイラトンであるかどうかを検証できる。これにより、ダイラトンの崩壊定数 f が明らかになる。