[論文レビュー] Exploring the dark side of the top Yukawa

Sonia El Hedri, Patrick J. Fox+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ATLASのヒッグスデータと整合する標準模型における負のトップヤコビ付き結合の可能性を検討し、次世代のTeVスケールの新物理が次元6の有効オペレーターを通じて大きな量子補正を生成することを提案する。最小限のモデル—例えば、ベクトル型トップパートナーや拡張されたヒッグス系—が、現在の加速器制約のもとで依然として妥当である一方、大きな結合定数とランダウ極点の問題により強く制約を受ける。

ABSTRACT

We investigate simple extensions of the Standard Model that could lead to the negative values of the top Yukawa coupling still allowed by the ATLAS Higgs results. Integrating out tree-level new physics generates dimension six operators that can lead to large changes to the top Yukawa couplings. If the top Yukawa coupling is negative, there is new physics beneath the TeV scale. We illustrate the simplest models still allowed by current searches.

研究の動機と目的

• ATLASのヒッグスデータが示唆する負のトップヤコビ付き結合の理論的妥当性を検討すること、これはCMSの結果とは整合しない。
• 次元6の有効オペレーターを介して大きな負の補正を生成できる最小限の新物理モデルを同定すること。
• 特にランダウ極点を含む、コライダー探索とランゲル・グローバル方程式（RGE）の制約が、大きな結合定数を持つモデルの妥当性をどのように制限するかを評価すること。
• このような負のヤコビ付きスケナリオが、実験的制限に従いつつもTeVスケールで自然性を保てるかどうかを特定すること。

提案手法

• 次のような形の次元6有効オペレーターを構築する：$ \mathcal{L}^{(1)}_{\text{eff}} = \frac{Y^3}{\Lambda^2} (H^\dagger H - \frac{v^2}{2})(H\bar{q}_3 u_3^c + \text{h.c.}) $、これは木レベルでトップヤコビ付き結合を修正する。
• このオペレーターの3つの実現形態を分析する：ベクトル型トップパートナー、フェルミオン-スカラー型トップパートナー、および電荷を帯びたスカラー、それぞれがループ図を通じて有効相互作用を生成する。
• ランゲル・グローバル方程式（RGE）を用いてヤコビ付き結合の走行を追跡し、10 TeVより上にランダウ極点が現れる条件を同定する。
• RGEを用いて初期ヤコビ付き結合の制約を導出し、大きな結合定数は微調整がなければ早期にランダウ極点を引き起こすことを示す。
• 複数のヒッグスダブルレットやより高いSU(2)表現を含むモデルを検討し、十分に負のヤコビ付き結合を生成できるかどうかを調査する。
• LHCおよびテバトロンの既存の探索結果に基づき、トップヤコビ付き結合が負であるパラメータ領域におけるこれらのモデルの妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールの新物理が、次元6のオペレーターを通じて大きな量子補正を生成することで、ATLASのヒッグスデータと整合する負のトップヤコビ付き結合を実現できるか？
• RQ2 次元6オペレーターを通じて大きな負の補正を生成できる最小限の新物理モデルは何か？
• RQ3 ランゲル・グローバル方程式の走行とランダウ極点の制約が、大きなヤコビ付き結合を持つモデルの妥当性をどのように制限するか？
• RQ4 2ヒッグスダブルレットモデルやより高いSU(2)表現を持つモデルは、ATLASデータを説明するのに十分に負のトップヤコビ付き結合を生成できるか？
• RQ5 負のトップヤコビ付き結合を予測するモデルのコライダー・シグネチャと実験的制約は何か？

主な発見

• 負のトップヤコビ付き結合は、$ \Lambda \sim v $ かつ $ Y \sim 1 $ である次元6のオペレーターを通じてTeVスケールの新物理が大きな量子補正を生成する場合にのみ可能である。
• ベクトル型トップパートナーやフェルミオン-スカラー対のモデルは、必要な有効オペレーターを生成できるが、ヒッグスへの大きな結合定数を必要とし、強力なコライダー制約を受ける。
• ヤコビ付き結合定数を $ y \lesssim 1.06 $ 未満に保たない限り、ランダウ極点は10 TeV未満に現れるため、モデルのパラメータに厳しい制約が課される。
• 2ヒッグスダブルレットモデルやより高いSU(2)表現を持つモデルは負のヤコビ付き結合を生成できるが、後者だけがLHCで検出可能な軽い新しい状態を含めることが可能である。
• 複素トライプレットヒッグス表現を持つモデルは、負のトップヤコビ付き結合を実現でき、複数の軽い状態を有するため、将来的なLHC探索の有力候補である。
• ヒッグスおよびトップクォークへの大きな結合定数が要求されることから、これらのモデルは特にトップおよびヒッグス系において、既存のLHCおよびテバトロンの探索結果によって強く制約を受ける。