[論文レビュー] Can a light Higgs impostor hide in composite gauge models?

Zoltán Fodor, Kieran Holland+3 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Jan 9, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、ストリングのフェルミオン2つの付加的表現（6次元表現）を持つ強い相互作用ゲージ理論において、軽い複合スカラー粒子（「ヒッグス偽者」）が出現するかどうかを、スタガードフェルミオンを用いた格子QCDシミュレーションによって調査する。予備的な結果では、クリティカル限界において $f_0$ 状態が質量 $m_{f_0} \sim 250{-}750$ GeV の軽い状態として観測され、これが確認され、混合およびトポロジー効果の完全な解析がなされれば、複合ヒッグスボソンとして機能する可能性がある。

ABSTRACT

The frequently discussed strongly interacting gauge theory with a fermion flavor doublet in the two-index symmetric (sextet) representation of the SU(3) color gauge group is investigated. In previous studies the chiral condensate and the mass spectrum were shown to be consistent with chiral symmetry breaking ($χ$SB) at vanishing fermion mass. The recently reported $β$-function is not inconsistent with this observation, suggesting that the model is very close to the conformal window and a light "Higgs impostor" could emerge as a composite state. In this work we describe the methodology and preliminary results of studying the emergence of the light composite scalar with $0^{++}$ quantum numbers.

研究の動機と目的

• 2つの6次元表現フェルミオンを有する強い相互作用ゲージ理論において、$0^{++}$ 量子数を持つ軽い複合スカラー状態が出現するかどうかを調査すること。
• そのような状態が複合ヒッグスモデルにおけるヒッグス偽者として実現可能かどうかを評価すること。
• モデルが臨界ウィンドウのわずか下にあるかどうかを特定し、クリティカル対称性の破れと小さなが非ゼロの $\beta$-関数と整合しているかどうかを確認すること。
• 不連続図の確率的推定を用いた $f_0$ スカラー相関関数の予備的格子QCD解析を提供すること。
• 今後の研究に向け、トポロジカルトンネル効果、有限体積効果、およびグルーオン状態との混合といった主な課題を特定すること。

提案手法

• $\beta=2.20$ および $am=0.025$ の条件下で、木レベルのシマンジック改善ゲージ作用素とスタガードフェルミオンを用いた格子シミュレーション。
• クォーク伝播関数の不連続図を推定するために $Z_2$ ノイズ源の使用。
• フレーバー・シングレットスカラー相関関数 $C_{\rm singlet}(t) = C_{\rm non-singlet}(t) + D(t)$ の連結および不連結寄与を別々に計算。
• 有効質量 $m_{\rm eff}(t)$ を抽出するために、$C_{\rm singlet}(t)$ のスペクトル分解に双曲余弦フィットの適用。
• 相関関数におけるノイズ低減と信号対雑音比の向上のため、主成分分析の適用。
• 熱平衡化と自己相関のモニタリングに、質量安定性と配置分離（20 MD単位）の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 臨界ウィンドウ付近の2つの6次元表現フェルミオンを有する複合ゲージモデルにおいて、軽い $0^{++}$ スカラー状態が出現できるか？
• RQ2 観測されたスカラー状態が、ほぼ臨界理論におけるディラトンまたはヒッグス偽者として整合的か？
• RQ3 トポロジカルフラクチュエーションおよびトンネル効果が、格子シミュレーションにおける $f_0$ 質量推定の安定性に与える影響は？
• RQ4 フェルミオンおよびグルーオン演算子の混合が、基底状態 $0^{++}$ 状態に与える影響は？
• RQ5 有限体積効果およびカットオフ効果が、クリティカル限界への外挿に与える影響は？

主な発見

• 予備的な格子データに基づき、クリティカル限界において $f_0$ スカラー状態が $250{-}750$ GeV の範囲で軽い状態として観測された。
• $f_0$ 質量が $a_0$ 質量よりも顕著に低く、これは別個の複合状態である可能性を示唆している。
• RHMC軌道の異なるトポロジカル電荷セグメントにおいても、$f_0$ 質量の推定値が安定しており、トポロジー依存性が弱いことが示唆された。
• 有効質量のプラトーが一貫した挙動を示し、低エネルギー $0^{++}$ 状態の存在を支持する。
• 結果は予備的であり、観測されたヒッグスボソン質量に一致させるために、トップクォークのループ補正が $f_0$ 状態をさらに下方にシフトさせる可能性がある。
• 本研究では、トポロジカルトンネル効果、演算子の混合、有限体積効果が、今後の調査に向けた主な課題として特定された。