[論文レビュー] Cartan's Supersymmetry and the Decay of a $H^0(0^+)$

Sadataka Furui|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、ヒッグス粒子の二光子崩壊（$H^0 \to \gamma\gamma$）が中間状態 $\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ を通じて進行することを提案し、ATLASとCMSのブランチング比測定値の不一致を解消する。これは $\gamma\gamma$ と $\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ の和を物理的に意味のある量として扱うことで達成される。カルタンの超対称性を用いて、スピンターとベクトル場の三重相互作用を通じて、ヒッグス粒子のレプトンおよびベクトルボソンへの結合をモデル化し、結合定数 $\alpha_s \approx 1$ および $\alpha_e = 1/137$ を用いて観測されたブランチング比を再現する。また、750 GeVの二光子共鳴状態は、$G_2$ ホロノミー多様体の枠組みにおいて、色と電荷共役の重ね合わせ状態を介して超対称的 $S$ メソン状態と関連づけられる。

ABSTRACT

We compare the decay of a Higgs boson $H^0(0^+) o\ell\bar\ell \ell\bar\ell oγγ$, $H^0(0^+) o W\bar W o \ell\barν\bar\ellν$, and $H^0(0^+) o Z\bar Z o\ell\bar\ell\ell\bar\ell$ using Cartan's supersymmetry, that defines coupling of a vector particle $x_i$ and Dirac spinors $ψ$ and $ϕ$. Apparent discrepancy of $H^0(0^+) oγγ/\ell\bar\ell \ell\bar\ell$ experimental data of ATLAS and CMS collaborations disappears, since the sum of transition to $\ell\bar\ell \ell\bar\ell$ and $γγ$ have the meaning. The trilinearity of leptons vector fields coupling and the initial wave functions to be large components define Higgs-leptons couplings. The ratio of Higgs boson decay branching ratios $H o WW=21.6\pm 0.9$, $H oγγ=0.228\pm 0.011$ can be reproduced when we multiply coupling constant $α_s\simeq 1$ for $WW$ and $α_e=1/137$ for $γγ$ to the number of independent diagrams. Comparison with Atiyah-Witten's quark-gluon dynamics on a manifold of $G_2$ holonomy theory is added.

研究の動機と目的

• ATLASとCMSの $H^0 \to \gamma\gamma$ および $H^0 \to \ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ のヒッグス崩壊ブランチング比測定値の実験的不一致を、これらのモードの和を物理的に意味のある量として再解釈することで解消すること。
• ディラックスピンターとベクトル場の三重相互作用を通じて、カルタンの超対称性形式を用いてヒッグス粒子のレプトンおよびベクトルボソンへの結合をモデル化すること。
• 結合定数 $\alpha_s \approx 1$ および $\alpha_e = 1/137$ を用いて、観測されたブランチング比 $H^0 \to WW = 21.6 \pm 0.9\%$ および $H^0 \to \gamma\gamma = 0.228 \pm 0.011\%$ を再現すること。
• 13 TeV衝突エネルギー下での750 GeV二光子共鳴状態を、$G_2$ ホロノミー多様体の枠組みにおいて、色と電荷共役状態の重ね合わせによる超対称的 $S$ メソン状態と関連付けること。
• カルタンの超対称的枠組み内での三重相互作用およびスピンター変換が、$SU(2)_L \otimes U(1)_Y \otimes SU(3)_c$ ゲージ理論において果たす役割を調査すること。

提案手法

• カルタンの超対称性を用いて、二種類のディラックスピンター $\psi$, $\phi$ 及びそれらの電荷共役状態、加えて二種類のベクトル粒子 $\mathbf{E}$, $\mathbf{E}'$ を定義し、フェルミオン-ボソン相互作用をモデル化する。
• ヒッグス粒子、レプトン、ベクトル場間の三重相互作用を適用し、ヒッグス粒子が右・左ヘリシティレプトン $\mathcal{E}_i$, $\mathcal{L}_j$ を通じて $\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ 状態に結合することをモデル化する。
• $H^0 \to \gamma\gamma$ 崩壊を二段階過程としてモデル化する：$H^0 \to \ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ ならびに $\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell} \to \gamma\gamma$ であり、ブランチング比の和が物理的であるとみなされる。
• $WW$ 崩壊に対して $\alpha_s \approx 1$、$\gamma\gamma$ 崩壊に対して $\alpha_e = 1/137$ を割り当て、独立したフェニマン図の数をスケーリングして実験的ブランチング比を再現する。
• クォーク-グルーオン系の力学を記述するための $G_2$ ホロノミー多様体の枠組みを導入し、三重統一（trinification）およびスピンター変換を通じて750 GeVの $S$ メソンに関連付ける。
• 超対称変換 $G_{12}, G_{13}, G_{123}, G_{132}$ を用いてベクトル場とスピンターを相互に写像し、$S$ メソンの $\gamma\gamma$ 崩壊を $\tilde{\phi}$ および $\tilde{\psi}$ 状態を介してリンクする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜATLASとCMSの $H^0 \to \gamma\gamma$ および $H^0 \to \ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ 測定値には顕在的な不一致が見られるのか。それらはどのように統合できるか？
• RQ2 カルタンの超対称性形式は、三重相互作用および結合定数を用いて、$H^0 \to WW$、$H^0 \to \gamma\gamma$、$H^0 \to ZZ$ の観測ブランチング比を説明できるか？
• RQ3 中間状態 $\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ が $H^0 \to \gamma\gamma$ 崩壊を媒介する役割を果たす理由は何か。また、$\gamma\gamma$ と $\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ のブランチング比の和が物理的に意味を持つ理由は何か？
• RQ4 13 TeV衝突エネルギー下で観測された750 GeVの二光子共鳴状態は、カルタンの枠組みにおいて超対称的 $S$ メソン状態とどのように関連するか？
• RQ5 カルタンの超対称性におけるスピンターとベクトル場の三重相互作用は、標準模型を超える新しい粒子を仮定せずに、観測されたヒッグス崩壊率を再現できるか？

主な発見

• ATLASとCMSの $H^0 \to \gamma\gamma$ および $H^0 \to \ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ ブランチング比測定値の顕在的不一致は、これらのモードの和を物理的観測量として扱うことで解消される。
• $H^0 \to WW = 21.6 \pm 0.9\%$ のブランチング比は、$WW$ 結合に $\alpha_s \approx 1$ を割り当て、独立したフェニマン図の数を数えることで再現される。
• $H^0 \to \gamma\gamma = 0.228 \pm 0.011\%$ のブランチング比は、電磁結合に $\alpha_e = 1/137$ を割り当て、$\ell\bar{\ell}\ell\bar{\ell}$ 中間状態を含む図の和を取ることで再現される。
• 750 GeVの $S$ メソンは、3つの色状態と2つの電荷共役状態の重ね合わせとして解釈され、$6 \times 125\,\text{GeV} = 750\,\text{GeV}$ となる。これは観測された共鳴状態と整合的である。
• $G_2$ ホロノミー多様体の枠組みは、$S$ メソンが750 GeV共鳴状態の親状態として存在することを支持し、$S$ メソンがカルタンの超対称性における三重相互作用を通じて $\gamma\gamma$ に崩壊することを示している。
• 超対称変換 $G_{12}, G_{13}, G_{123}, G_{132}$ は、ベクトル場とスピンターを相互に写像し、粒子-反粒子変換を誘発する。これにより $\tilde{\phi}$ および $\tilde{\psi}$ 状態が出現し、ヒッグス崩壊を媒介する。