[論文レビュー] Comment on the evidence of the Higgs boson at LHC

Paolo Cea|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、LHCで観測された125 GeVの共鳴状態が、標準模型のヒッグスボソンではなく、$t\bar{t}$クォーカーモノイド状態とパラメータのないグルーオンボールが混合した擬スカラー中間子（$J^{PC} = 0^{-+}$）である可能性を提案している。このモデルは、光子への崩壊率 $\gamma\gamma$ やハドロンへの崩壊率を説明でき、電荷共役対称性による崩壊の自然な抑制により、電磁的レプトンへの崩壊が抑制される。これはLHCのデータに対する代替的解釈を提供する。

ABSTRACT

We comment on the Standard Model Higgs boson evidence from LHC. We propose that the new resonance at 125 GeV could be interpreted as a pseudoscalar meson with quantum number $J^{PC} = 0^{- +}$. We show that this pseudoscalar could mimic the decays of the Standard Model Higgs boson in all channels with the exception of the decay into two leptons that is strongly suppressed due to charge-conjugation invariance.

研究の動機と目的

• LHCにおける125 GeVの共鳴状態について、標準模型ヒッグスボソン以外の解釈を探ること。
• 特に二光子の増強と $\tau^+\tau^-$ の不足が観測される崩壊チャネルにおける観測信号強度を説明すること。
• 電荷共役対称性による $\ell^+\ell^-$ 崩壊の抑制により、レプトン系崩壊チャネルに信号が観測されないことを、$J^{PC} = 0^{-+}$ の擬スカラー状態によって説明すること。
• $t\bar{t}$クォーカーモノイドと擬スカラーグルーオンボールの混合が、質量約125 GeVの軽い擬スカラー状態を生成する役割を果たすかを調査すること。
• このような状態が、$\ell^+\ell^-$ を除くすべてのチャネルで標準模型ヒッグスボソンの崩壊を模倣できるか、および $\ell^+\ell^-$ での自然な抑制が可能かどうかを評価すること。

提案手法

• コルネルポテンシャルを用いた非相対論的ポテンシャルモデルを用いて、$t\bar{t}$ 擬スカラー状態の質量を推定し、$m_{\eta_t} \simeq 321$ GeV の結果を得た。
• 重い $t\bar{t}$ 状態と軽い $b\bar{b}$ 状態の混合を検討したが、トップクォーク質量が大きいことから、二グルーオンの消失が顕著に抑制され、混合は無視できるほど小さい。
• 代替として、擬スカラーグルーオンボール（$\eta_g$）との混合を検討し、$f_{\eta_g} \simeq f_\pi$ を仮定した。
• QCDに基づく式を用いて崩壊幅を計算した：$\Gamma[\eta_t \to \gamma\gamma] \propto \alpha^2 |\Psi_{00}(0)|^2 / m_{\eta_t}^2$。
• 全 $\gamma\gamma$ 崩壊幅を $t\bar{t}$ とグルーオンボール成分の寄与の和として推定し、$\Gamma_{\gamma\gamma} \simeq 110$ KeV の結果を得た。
• 低エネルギー定理と異常に基づく議論を適用し、グルーオンボールとクォーカーモノイドの $\gamma\gamma$ 耦合が同等であることを正当化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける125 GeVの共鳴状態は、標準模型ヒッグスボソンではなく、$J^{PC} = 0^{-+}$ の擬スカラー中間子として一貫して解釈可能か？
• RQ2 なぜレプトン系崩壊チャネルに信号が観測されないのか。これは対称性による抑制で説明可能か？
• RQ3 $t\bar{t}$ クォーカーモノイド状態と擬スカラーグルーオンボールが混合した状態が、$\gamma\gamma$、$ZZ^*$、$WW^*$、および $\gamma\gamma$ 崩壊における観測信号強度を再現できるか？
• RQ4 グルーオンボール成分は、$\ell^+\ell^-$ 崩壊の抑制にもかかわらず、なぜ $\gamma\gamma$ 崩壊幅を増幅させるのか？
• RQ5 スピンとパリティは、スカラーと擬スカラーの仮説を区別するために、どのように実験的に決定可能か？

主な発見

• $t\bar{t}$ 擬スカラー状態だけでは、質量が大きすぎる（$m_{\eta_t} \simeq 321$ GeV）ため、125 GeVの共鳴状態を説明するには、より軽い状態との混合が必要である。
• トップクォーク質量が大きいことから、$b\bar{b}$ 状態との混合は無視できるほど小さい。これは、二グルーオンへの消失が顕著に抑制されるためである。
• 擬スカラーグルーオンボール成分が $\gamma\gamma$ 崩壊幅に顕著な寄与をし、$\Gamma[\eta_{gt} \to \gamma\gamma] \simeq 110$ KeV の結果を得た。
• $\ell^+\ell^-$ 崩壊幅は、$\gamma\gamma$ に対して約 $\sim \alpha^2 \sim 10^{-4}$ の因子で抑制され、レプトン系チャネルでの信号欠如と整合的である。
• $t\bar{t}$ とグルーオンボール成分の両方からの全 $\gamma\gamma$ 崩壊幅は、$\sim 110$ KeV と推定され、観測値と同等の大きさである。
• このモデルは、$\ell^+\ell^-$ を除くすべての観測された崩壊モードを一貫して説明でき、電荷共役対称性による自然な抑制によって $\ell^+\ell^-$ 崩壊が抑制されることを示している。