[論文レビュー] Higgs boson coupling to a new strongly interacting sector

A. E. Cárcamo Hernández, Claudio Dib+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、合成尺度3 TeVにおける有効なチャイralラグランジアンを用いて、重いベクトルトリプレットとヒッグスダブルットを含む新しい強い相互作用領域を有する合成ヒッグスモデルを調査している。ヒッグス二重子の崩壊率と斜めパラメータ（oblique parameters）は弱い制約をもたらすが、Zb̄b頂点と126 GeVのヒッグス質量は、ヒッグスが新しい共鳴状態と中程度に結合する場合、およびクォークが重いベクトルと強く結合しない場合に限ってモデルが制限されることを示している。

ABSTRACT

In the framework of strongly interacting dynamics for electroweak symmetry breaking, heavy composite particles may arise and cause observable effects, as they should couple strongly to the resulting Higgs boson and affect the signals that appear at one loop level. Here we study this expected behavior, contrasting it with current experimental knowledge. We work in a simple and generic scenario where the lowest lying composite states are the Higgs scalar doublet and a massive vector triplet. We use an effective chiral Lagrangian to describe the theory below the compositeness scale $\Lambda$, assumed to be $4\pi v \simeq~3$ TeV. The effective theory contains the Standard Model spectrum and the extra composites. We determine the constraints on this scenario imposed by our current knowledge of the $Zb\bar{b}$ vertex, the $T$ and $S$ oblique parameters, and the recently measured Higgs mass and its diphoton decay rate. We found that the $T$ and $S$ parameters as well as the Higgs diphoton decay do not provide important constraints on the model. In contrast, the constraints arising from the $Zb\bar{b}$ vertex and from the Higgs mass at $126$ GeV are fulfilled only if the heavy vector resonances do not couple strongly with quarks, and at the same time the Higgs boson has a moderate but not too strong coupling to the heavy composite resonances.

研究の動機と目的

• 新しい強い相互作用領域を有する合成ヒッグスモデル（重いベクトルトリプレットとヒッグスダブルットを含む）の素描的妥当性を調査すること。
• ヒッグスボソンが新しい複合共鳴状態と強く結合しても、現在の実験的制約に違反しないかを評価すること。
• Zb̄b頂点、斜めパラメータ（SおよびT）、ヒッグス質量（126 GeV）、および二光子崩壊率がモデルのパラメータに及ぼす制約を特定すること。
• 電弱精度データとLHCの測定値と整合するパラメータ領域を同定すること。

提案手法

• 合成尺度 Λ = 4πv ≈ 3 TeV 未満で、標準模型の場とSU(2)L トリプレットの重いベクトル共鳴状態を含む有効なチャイralラグランジアンを構築する。
• 重いベクトルが隠れた局所対称性から生じると仮定し、κ1 = 2κ0 = 2κ2 = 1/g²ρ により、その自己相互作用およびゲージボソンとの相互作用の構造を固定する。
• 重いベクトルとクォークの直接結合 gρqq を制約するために、Zb̄b頂点に対する1ループ補正を計算する。
• ラグランジアンから導かれる中性および電荷を帯びたゲージボソンの質量行列を用いて、斜めSおよびTパラメータを評価する。
• ヒッグス二光子崩壊率と126 GeVのヒッグス質量の要請を用いて、ヒッグスと重い共鳴状態の間の結合強度を制約する。
• 重いベクトル共鳴状態の崩壊モードとその分支比を評価し、素描的なシグネチャーを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重いベクトルトリプレットを有する強い結合の合成ヒッグス領域は、現在の電弱精度データと整合的であるか？
• RQ2 Zb̄b頂点と126 GeVのヒッグス質量は、ヒッグスボソンと新しい重い共鳴状態の間の結合にどの程度制約を加えるか？
• RQ3 斜めSおよびTパラメータはモデルにどのような制約を加え、実験的限界と矛盾するか？
• RQ4 ヒッグス二光子崩壊率は、新しいベクトル共鳴状態との強い結合と両立可能か？
• RQ5 Zb̄b頂点とヒッグス質量と矛盾を避ける一方で、合成ヒッグスを維持するための妥当なパラメータ領域はどこか？

主な発見

• TおよびS斜面パラメータは、広いパラメータ範囲で95%信頼区間の実験的限界内に収まるため、モデルに対して強い制約をもたらさない。
• ヒッグス二光子崩壊率は、中程度から強い結合であっても測定値と整合的であるため、顕著な制約をもたらさない。
• Zb̄b頂点は、重いベクトル共鳴状態とクォークの直接結合 gρqq にきびしい上界を課しており、標準模型とのずれを避けるために小さくなければならない。
• 126 GeVのヒッグスボソン質量の要請により、ヒッグスと重い複合共鳴状態の間の結合が中程度に抑えられ、あまりに弱すぎず、あまりに強くないことが制限される。
• モデルは、重いベクトル共鳴状態がクォークと強く結合せず、かつヒッグスボソンが新しい共鳴状態と中程度に結合する場合にのみ妥当である。
• 有効結合 gC とヒッグス質量の間の緊張は、スペクトルに追加の重いフェルミオンを含めることで緩和される可能性があるが、これは今後の課題として残されている。