[論文レビュー] Higgs two-gluon decay and the top-quark chromomagnetic moment

Lance Labun, Johann Rafelski|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、トップクォークのクロモ磁気モーメント $\kappa_t$ とヒッグス粒子の二つのグルーオンへの崩壊率 ($h \to gg$) への影響を調査する。有効ラグランジアンのアプローチを用いて、$\mathcal{L}_{hgg}$ の主要項における $\kappa_t$ 依存性を導出し、$\kappa_t = 2$ からのずれが標準模型において崩壊率を最大9%まで抑制することを示している。また、トップ・ボトム間の干渉により $\kappa_t \approx \pm 1.2$ でほぼ完全なキャンセレーションが生じることを明らかにした。

ABSTRACT

We study the top quark chromomagnetic factor $κ_t$-dependence of the effective interaction ${\cal L}_{hgg}$ and apply the result to the case of Higgs two gluon decay rate $Γ_{h o gg}$. Perturbative standard model provides $κ_t< 2$, and for the standard model value $Γ_{h o gg}(κ_t)$ is suppressed by 9% as compared to $κ_t= 2$. We further show that in the leading order $Γ_{h o gg}$ for $κ_t\simeq \pm 1.2$ can be very small due to complete cancelation between the top and bottom quark fluctuations. We discuss the extension of our results to $κ_t>2$ and consider potential paths to obtain experimental information for the $h o gg$ rate.

研究の動機と目的

• ヒッグス粒子から二つのグルーオンへの崩壊率 $\Gamma_{h\to gg}$ がトップクォークのクロモ磁気モーメント $\kappa_t$ にどのように依存するかを定量すること。
• 有効ラグランジアン $\mathcal{L}_{hgg}$ を $\kappa_t \neq 2$ に拡張し、対応する $b_0(\kappa_t)$ 係数を導出すること。
• $\kappa_t$ 依存性が、標準模型を超える新しい物理を探る上で及ぼす影響を検討すること。
• $\Gamma_{h\to gg}$ がトップクォークの構造や可能性のある複合性を調べるプローブとしての可能性を評価すること。

提案手法

• 第二位のフェルミオン理論を用いて、次元4の演算子を介してトップクォークのクロモ磁気モーメント $\kappa_t$ を組み込んだ有効相互作用 $\mathcal{L}_{hgg}$ を導出する。
• QCDの $\beta$-関数における主要項係数 $b_0(\kappa_t)$ を、$\kappa_t$ の関数として計算し、$h\to gg$ 振幅を支配する。
• 低エネルギー定理を用いて、トップクォークとボトムクォークのループを含む真空偏極図を介して $hgg$ カップリングを関連付ける。
• 第二位の理論から得られる二グルーオン頂点を考慮し、非最小的トップ-グルーオンカップリングを反映するため、図1の図 (c) を追加で取り入れる。
• トップクォークとボトムクォークのループ間の干渉を含めた、崩壊振幅の $\kappa_t$ 依存性を評価する。
• 形式的枠組みを適用して $h\to gg$ 崩壊率とその $\kappa_t$ 依存性、特にキャンセレーション点の推定を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス粒子から二つのグルーオンへの崩壊率 $\Gamma_{h\to gg}$ は、トップクォークのクロモ磁気モーメント $\kappa_t$ にどのように依存するか？
• RQ2 有効 $\mathcal{L}_{hgg}$ ラグランジアンにおける $\kappa_t \neq 2$ の場合の $b_0(\kappa_t)$ 係数の関数的形は何か？
• RQ3 トップクォークとボトムクォークのループ間の破壊的干渉が、特定の $\kappa_t$ 値で $h\to gg$ 崩壊率がほぼゼロになることがあるか？
• RQ4 $\Gamma_{h\to gg}$ の $\kappa_t$ 依存性は、LHCにおけるヒッグス生成および崩壊測定の解釈にどのように影響するか？
• RQ5 $\Gamma_{h\to gg}$ は、標準模型を超える新しい物理を調べるためのプローブとして、どの程度有効であるか？

主な発見

• 標準模型の $\Gamma_{h\to gg}$ の予測値は、$\kappa_t = 2$ の仮想的状況と比較して $\kappa_t = 2$ のとき最大9%まで抑制される。
• $\kappa_t \approx \pm 1.2$ において、トップクォークとボトムクォークのループ寄与の完全な破壊的干渉により $h\to gg$ 崩壊率が強く抑制される。
• 主要項の $h\to gg$ 崩壊振幅は $\kappa_t$ に対して非常に感受性が高く、有効カップリング $\mathcal{L}_{hgg}$ は明示的に $b_0(\kappa_t)$ に依存する。
• $\Gamma_{h\to gg}$ の $\kappa_t$ 依存性は、$m_t$ を超えるエネルギースケールにおけるトップクォークの構造と新しい物理の直接的なプローブを提供する。
• 精密な $\Gamma_{h\to gg}$ 測定は、トップクォークのクロモ磁気モーメントを高い感度で制約可能であり、複合性や新しい物理効果の兆候を明らかにする可能性を秘めている。
• 本研究は、$h\to gg$ に対する $\kappa_t$ 依存性の修正が第四世代クォークによって相殺される可能性があることを示唆しており、$\kappa_t$ が独立に測定されない限り、制約が弱まる可能性がある。