[論文レビュー] Far from standard Higgs couplings

Bob Holdom|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、LHCで観測された126 GeVのボソンが標準模型（SM）のヒッグス粒子ではなく、WおよびZボソンとの結合が著しく減少している一方で、グルーオン融合生成が強化されている可能性を検討している。2013年4月までのLHCデータを用いたグローバルフィットを通じて、このような非標準的結合が実験的制約と整合的であることが示され、特に重いカイラルフェルミオンのような新しい物理がグルーオン融合率を増幅させつつW/Z結合を抑制することで、SMを超えた電弱対称性の spontaneously broken の自然なメカニズムが残存することを示唆している。

ABSTRACT

In this short note we consider a permitted region in the space of couplings of the 126 GeV boson that extends far away from the standard model Higgs couplings. This region is of interest for more natural models of electroweak symmetry breaking. Stronger evidence of vector boson fusion and/or associated production is needed to eliminate this possibility.

研究の動機と目的

• LHCで観測された126 GeVのボソンが、標準模型（SM）の値とは著しく異なる結合を持つ可能性があるかどうかを評価すること。
• グルーオン融合生成の増強とW/Z結合の低減が、現在のデータと矛盾しない範囲で同時に成立するかどうかを調査すること。
• 特に重いカイラルフェルミオンやCP非対称な多ヒッグス模型を含む新しい物理を含む、126 GeV状態のヒッグスに類似しない解釈の妥当性を評価すること。
• 現在のLHCデータが、ヒッグス結合の大きなずれ、特にWおよびZボソンへの結合に対して排除できないかどうかを特定すること。
• ベクトルボソン融合および関連生成の役割が、結合フィットにおけるデゲネラシーをどのように解消できるかを明らかにすること。

提案手法

• 2013年4月までのATLASおよびCMSデータを用いたグローバルフィットを、HiggsSignals 1.0を用いて実施し、ヒッグス粒子の質量を125.7 GeVに固定した。
• グルーオン融合結合係数 $g_{gg}$ と $\gamma\gamma$、$VV$、$\tau\tau$ 結合の共通係数 $g_X$ の2パラメータ空間におけるフィットを実施した。
• 3パラメータフィットでは、$g_{gg}$、$g_{\gamma\gamma}$、$g_{VV}$ を独立して扱い、$g_{\tau\tau}$ は $g_{\gamma\gamma}$ と $g_{VV}$ の平均値に設定した。
• 他の結合のパラメータ空間における $\Delta\chi^2$ 分布を調査するため、$g_{gg}$ を固定値（例：1および3）に設定した追加のフィットを実施した。
• 包括的 $H\to\gamma\gamma$ データを用いて、カテゴリ化された結果と比較した。
• ボトムクォーク結合の変動が与える影響を評価するため、$g_{bb}$、$g_{gg}$、$g_X$ の3パラメータフィットを別途実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 126 GeVのボソンが、WおよびZボソンとの結合を著しく低減しているとしても、LHCデータと整合的である可能性はあるか？
• RQ2 グルーオン融合生成の増強が、WおよびZ結合の低減と同時に成立する範囲はどの程度で、実験的制約に違反しないのか？
• RQ3 グルーオン融合が主な生成メカニズムである場合、ヒッグス結合の決定にデゲネラシーが生じるか？そのデゲネラシーは他の生成モードによって解消可能か？
• RQ4 このような非標準的結合が、特に重いカイラルフェルミオンを含む電弱対称性の spontaneously broken のモデルに与える影響は何か？
• RQ5 スカラー成分が小さいがほとんどがピアゾトロープ的性質を示す軽い状態が、126 GeVで観測されたヒッグスに類似た性質を再現できるか？

主な発見

• ATLASおよびCMSデータに対するグローバルフィットでは、$g_{gg} = 0.87$ および $g_X = 0.98$ の最良適合点が得られ、$\chi^2/{\rm ndf} = 26.4/34$ となり、SM点から大きく離れたパラメータ空間でもデータと整合的であることが示された。
• 3パラメータフィット（$g_{gg}$、$g_{\gamma\gamma}$、$g_{VV}$）では、グローバル最小値が $g_{gg} = 0.86$、$g_{\gamma\gamma} = 1.06$、$g_{VV} = 0.96$ で、$\chi^2/{\rm ndf} = 25.8/33$ となり、非SM結合が依然として妥当であることが示された。
• 3パラメータフィットにおける1σ等高線には、$g_{VV}$ が0.85まで低下する値が含まれており、WおよびZ結合が著しく低減されてもデータと矛盾しないことが示された。
• 包括的 $H\to\gamma\gamma$ データを用いた場合、SM点は2σ等高線上に位置し、グローバル最小値は $g_{gg} = 0.88$、$g_{\gamma\gamma} = 1.22$、$g_{VV} = 0.95$ で、$\chi^2/{\rm ndf} = 18.6/14$ となり、非SM結合の妥当性がさらに支持された。
• 自由な $b\bar{b}$ 結合を許容したフィットでは、グローバル最小値が $g_{bb} = 0.84$、$g_{gg} = 0.81$、$g_X = 0.93$ で、$\chi^2/{\rm ndf} = 26.3/33$ となり、ボトムクォーク結合も低減可能であることが示された。
• 結果から、特にWおよびZ結合がSMの約1/3の強さであるような、SMから大きく逸脱した結合が排除されないことが示され、126 GeV状態の非ヒッグス起源の可能性が示唆された。