[論文レビュー] Composite Higgs-Mediated FCNC

Kaustubh Agashe, Roberto Contino|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、複合ヒッグス模型におけるヒッグス粒子によって媒介されるフレーバー変換型中性荷電現在（FCNC）を調査しており、高次元オペレーターによって引き起こされるフェルミオン質量項と Yukawa 耦合定数のずれが、単一のヒッグスダブルットですでに木レベルの FCNC を引き起こす可能性があることを示している。主な結果は、ヒッグスが軽量で強く結合する場合、コンposite スケールに対する $\epsilon_K$ の制約は、重いスピン-1共鳴状態からのものと同等にきびしいが、擬似ゴールドストーンヒッグスの場合、シフト対称性のおかげでその制約は顕著に弱まり、$BR(t\to hc) \sim 10^{-4}$ および $BR(h\to tc) \sim 5\times10^{-3}$ が得られる。

ABSTRACT

We discuss how, in the presence of higher-dimensional operators, the Standard Model (SM) fermion masses can be misaligned in flavor space with the Yukawa couplings to the Higgs boson, even with only one Higgs doublet. Such misalignment results in flavor-violating couplings to the Higgs and hence flavor-changing neutral current (FCNC) processes from tree-level Higgs exchange. We perform a model-independent analysis of such an effect. Specializing to the framework of a composite Higgs with partially composite SM gauge and fermion fields, we show that the constraints on the compositeness scale implied by epsilon_K can be generically as strong as those from the exchange of heavy spin-1 resonances if the Higgs is light and strongly coupled to the new states. In the special and well motivated case of a composite pseudo-Goldstone Higgs, we find that the shift symmetry acting on the Higgs forces an alignment of the fermion mass terms with their Yukawa couplings at leading order in the fermions' degree of compositeness, thus implying much milder bounds. As a consequence of the flavor-violating Higgs couplings, we estimate BR(t -> c h) ~ 10^{-4} and BR(h -> tc) ~ 5 x 10^{-3} both for a pseudo-Goldstone (if t_R is fully composite) and for a generic composite Higgs. By virtue of the AdS/CFT correspondence, our results directly apply to 5-dimensional Randall-Sundrum compactifications.

研究の動機と目的

• フェルミオン質量項と Yukawa 耦合定数のずれが、複合ヒッグス模型において木レベルのヒッグス媒介 FCNC を引き起こすかどうかを調査すること。
• このようなずれが存在する状況下で、$\epsilon_K$ からの実験的制約がコンポジットスケールに与える影響を評価すること。
• 擬似ゴールドストーンヒッグスのシフト対称性が、フレーバー破れカップリングをどのように変化させ、FCNC の制約を弱めるかを特定すること。
• 一般的なヒッグスと擬似ゴールドストーンヒッグスの両ケースにおいて、$t\to hc$ および $h\to tc$ のようなレアなトップおよびヒッグス崩壊の分支比を推定すること。
• AdS/CFT 対応を通じて、5次元ランダム＝サンドルム模型におけるこれらの効果の関連性を確立すること。

提案手法

• フレーバー破壊ヒッグスカップリングを誘導する次元6の有効オペレーターのモデルに依存しない解析を実施。
• 4種類の次元6オペレーターを導入：非微分型の Yukawa 的項と、$\Lambda^{-2}$ の抑制を伴う3種類のヒッグス依存性の運動項変更。
• これらのオペレーターが $\Delta F=2$ 有効ラグランジアンを通じて $B_d$ および $B_s$ 混合に与える影響を分析し、ヒッグス交換からのウィルスン係数を計算。
• 標準模型フェルミオンが強い力学と線形的に結合する複合ヒッグスフレームワークに特化し、コンポジット性の割合の役割を評価。
• AdS/CFT 対応を用いて、結果を5次元ランダム＝サンドルムのコンパクト化にマッピングし、4次元有効場理論の妥当性を検証。
• トップクォークが完全にコンポジットであると仮定し、上型クォークの Yukawa 行列の $\hat{y}^{u}_{32}$ 成分を用いて $t\to hc$ および $h\to tc$ の分支比を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一のヒッグスダブルットでも、木レベルのヒッグス交換が複合ヒッグス模型で FCNC を媒介できるか？
• RQ2 高次元オペレーターはどのようにフェルミオン質量と Yukawa 耦合定数のずれを引き起こし、フレーバー破壊をもたらすか？
• RQ3 ヒッグスが軽量で強く新しい物理学と結合する場合、$\epsilon_K$ からのコンポジットスケールへの制約はどの程度か？
• RQ4 擬似ゴールドストーンヒッグスのシフト対称性は、一般の複合ヒッグスと比較して FCNC をどのように防いでいるか？
• RQ5 一般のヒッグスと擬似ゴールドストーンヒッグスの両ケースにおいて、$t\to hc$ および $h\to tc$ の予測分支比はどの程度か？

主な発見

• ヒッグスが軽量で強く新しい物理学と結合する場合、$\epsilon_K$ からのコンポジットスケールへの制約は、重いスピン-1共鳴状態からのものと同等にきびしい。
• 擬似ゴールドストーンヒッグスの極限では、シフト対称性が一次的に質量項と Yukawa 耦合定数の整合性を強制し、FCNC を抑制し、実験的制約を弱める。
• 完全にコンポジットな $t_R$ を持つ擬似ゴールドストーンヒッグスでは、$\Lambda/y_* = 1$ TeV と仮定した場合、$BR(t\to hc) \sim 10^{-4}$ が予測される。
• ヒッグス崩壊 $h\to tc$ の分支比は $5\times10^{-3}$ と推定され、他のモードの decay 幅が標準模型に類似していると仮定し、ヒッグスが軽量であると仮定する。
• $tch$ 頂点は、擬似ゴールドストーンの場合、$\hat{y}^{u}_{32}$ が支配的であり、$y^{u}_{32} \sim 2y_*^2 m_t / (v \lambda_C^2 m_c)$ となる。この結果、右巻きのcharm クォーク成分が支配的になる。
• これらの結果は、AdS/CFT 対応を通じて5次元ランダム＝サンドルム模型に直接適用可能であり、4次元有効場理論フレームワークの妥当性が裏付けられる。