[論文レビュー] Limit on Higgs boson trilinear self-coupling in coupled technicolor models

A. Doff, A. A. Natale|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、ETCまたはGUT相互作用を介してQCDとTCのダイナミクスが結合する連携した技術色（TC）モデルにおける三線形ヒッグスボソン自己結合を調査する。CMS共同研究のκλ結合定数修正因子に関する実験的制約を用いて、技術フェルミオンの自己エネルギーのダイナミクスを制約し、擬スレートボソンの質量が400 GeVを超える予測を導き出す。これは、これらの状態が従来の仮定よりも顕著に重い可能性があることを示唆している。

ABSTRACT

The trilinear self-coupling of the Higgs boson, in a theory in which this boson is composite, is compared to the experimental bound of this quantity obtained by the CMS experiment. In the case of a model where technicolor (TC) is coupled to QCD, we find that the experimental result already constrain the dynamics of the theory, which is represented by an expression of the technifermion self-energy ($\Sigma_{tc}$) typical of technicolor coupled models, and function of the dynamically generated technifermion mass and two other parameters that describe the technifermion dynamical mass momentum dependence. The limits imposed on this dynamics allow us to make a simple determination of pseudo-Goldstone boson masses that appear in these theories, indicating that these bosons may be expected to be quite massive.

研究の動機と目的

• 連携技術色理論における複合ヒッグスモデルのダイナミクスに、実験的制限が与える影響を評価すること。
• CMSによるκλの実験的上限が、TC-QCD連携モデルにおける技術フェルミオン自己エネルギー関数をどのように制約するかを特定すること。
• 自発的味対称性の破れに起因する擬スレートボソンの質量を、制約付きのダイナミクスを用いて推定すること。
• 観測されたヒッグス結合制限が、強い結合TCフレームワークにおける妥当なパラメータ空間を既に排除または制約しているかどうかを評価すること。
• これらの制約が、特に中性および色を持つ技術パイオンを含む新しい複合状態の質量スケールに与える影響を検討すること。

提案手法

• LHHH = κλλSMHHH vH³ としてパラメータ化された三重ヒッグス自己結合を用い、κλはCMSの95%信頼区間の制限（−3.3 < κλ < 8.5）から導出する。
• 連携TC-QCDモデルにおける修正された技術フェルミオン自己エネルギー Σ(p²) を適用し、動的質量（µtc）と運動量依存補正（δ1およびδ2）をパrameterに組み込む。
• ヒッグスの複合性に起因する三重ヒッグス結合を、束縛状態における波動関数の重なりと構成粒子数と関連付ける。
• 計算された結合定数がCMSが観測した範囲内に収まるように、δ1およびδ2に実験的制約を課す。
• 構成粒子の技術フェルミオンの現在の質量に基づいて、簡略化された和則式 mΠ ≈ m1 + m2 を用いて擬スレートボソンの質量を推定する。
• QCD結合効果を補正するため、質量推定において弱い結合を強い結合（αs）に置き換えることで、予測される質量を増加させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験的制限がヒッグス三重自己結合（κλ）に与える影響は、連携技術色モデルにおける技術フェルミオン自己エネルギーのダイナミクスにどのように現れるか？
• RQ2 CMSによるκλの上限は、複合ヒッグス状況における擬スレートボソンの質量スケールにどのような意味を持つのか？
• RQ3 ETC/GUT相互作用によるQCD-技術色混合を組み込むことで、独立したTCモデルと比較して予測される三重ヒッグス結合にどのような変化が生じるか？
• RQ4 観測されたヒッグス結合範囲は、軽い擬スレートボソンを有する特定のクラスの連携技術色モデルを既に排除できるのか？
• RQ5 量子修正式と強い結合効果は、電荷を帯びた、色を持つ、および中性の技術パイオンの予測される質量にどのように影響を与えるか？

主な発見

• CMSによる三重ヒッグス結合の実験的上限（95%信頼区間で −3.3 < κλ < 8.5）は、連携TCモデルにおける技術フェルミオン自己エネルギーのダイナミクスに非自明な制約を課している。
• 技術色スケール µtc ≈ 1 TeV および nF = 2 から 6 の技術フェルミオンの場合、制約付きパrameter δ1 および δ2 により、中性技術フェルミオンの質量 mN ≈ 100–151 GeV が得られる。
• 擬スレートボソン質量の単純な和則式を用いることで、中性技術パイオン（ΠN）の質量は約 200–460 GeV と推定される。
• 色を持つおよび電荷を帯びた擬スレートボソン（例：Π(3), Π(8)）は、強化されたQCD補正およびより大きな結合定数のため、400 GeV 以上の質量を持つと予測される。
• 弱い結合を強い結合（αs）に置き換えるQCD補正を施すことで、予測される質量が顕著に上昇し、これらの状態が現在のLHC探索の範囲外にある可能性があることが示唆される。
• 結果は、連携技術色モデルが自然界に実現されている場合、その擬スレートボソンは質量が0.5 TeV以上である可能性が高く、軽い複合ヒッグスパートナの概念に挑戦するものである。