[論文レビュー] Loop induced decays of the Little Higgs: H --> gg, gamma gamma

Tao Han, Heather E. Logan+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、Littlest Higgsモデルにおけるループ誘導Higgs崩壊 H → gg および H → γγ を計算し、標準模型予測からのずれが 1/f² に比例することを示している。ここで f ∼ TeV は新しい物理学のスケールである。f = 1 TeV の場合、Γ(H → gg) は6–10% 減少し、Γ(H → γγ) は5–7% 減少する。光子衝突機は、2σ感度において f ≈ 1.1 TeV までこの効果を探索可能である。

ABSTRACT

We analyze the loop induced decays of the Higgs boson into pairs of gluons and photons in the Littlest Higgs model. We find that the deviation of the partial widths for these decays relative to their Standard Model values scales with 1/f^2, where f ~ TeV is the mass scale of the new heavy particles in the model. For f = 1 TeV, Gamma(H -> gg) is reduced by 6-10% and Gamma(H -> gamma gamma) is reduced by 5-7% compared to their Standard Model values. While the LHC and a linear e+e- collider would be sensitive to these deviations only for relatively low values of f <~ 650 GeV, a photon collider could probe the deviation in Gamma(H -> gamma gamma) up to f <~ 1.1 (0.7) TeV at the 2 (5) sigma level.

研究の動機と目的

• Littlest Higgs理論の最小実装であるLittlest Higgsモデルにおけるループ誘導Higgs崩壊 H → gg および H → γγ を研究すること。
• このモデルに含まれる新しい重い粒子（W_H±, T クォーク, Φ±, Φ±±）が、標準模型に対するこれらの崩壊部分幅に与える影響を定量すること。
• 将来の加速器（LHC、線形 e+e− 衝突機、光子衝突機）がこれらのずれをどの程度検出可能かを評価すること。
• 新しい重い状態の f 依存性結合のおかげで、ずれが 1/f² に比例することを確立し、標準模型における非分解挙動とは対照的にすること。

提案手法

• v/f における一次のオーダーで、Littlest Higgsモデルにおける新しい重い状態（W_H±, T クォーク, Φ±, Φ±±）の質量とヒッグス結合を導出する。
• f, c, c_t, x をパrameterとする、修正された結合 y_i を持つ有効ラグランジュアンを用いて、H → gg および H → γγ の1ループ振幅を計算する。
• 標準模型の粒子（例：トップクォーク）の非分解挙動をベンチマークとし、LHモデルにおける新しい状態の分解挙動と対照的にする。
• 修正されたフォン・フェルミ定数 GF = 1/(√2 v² y_GF²) を用いて、LHモデルにおけるヒッグス結合の変化を考慮する。
• y_i ∝ v²/f² の抑制因子を含めた、部分幅の解析的および数値的評価を行う。
• 信号強度のずれ ΔΓ/Γ_SM ∝ 1/f² を用いて、さまざまな加速器タイプにおけるコライダー感度を評価する。統計的有意水準（2σ, 5σ）を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Littlest Higgsモデルにおいて、ループ誘導崩壊 H → gg および H → γγ は、標準模型の値からどの程度ずれるか？
• RQ2 これらのずれが新しい物理学スケール f に対してどのように依存するか？
• RQ3 将来の加速器（LHC、線形 e+e− 衝突機、光子衝突機）の中で、どの機器がこれらのずれを検出可能か？また、どの f スケールまで検出可能か？
• RQ4 なぜLittlest Higgsモデルにおける新しい重い状態は f が増加するにつれて分解するのか？標準模型とは対照的である。
• RQ5 ヒッグスが新しい状態と結合する際の f 依存性はどのようになるか？また、c, c_t, x のパrameter はどのような役割を果たすか？

主な発見

• f = 1 TeV の場合、部分幅 Γ(H → gg) は標準模型に対して6–10% 減少する。
• f = 1 TeV の場合、部分幅 Γ(H → γγ) は標準模型に対して5–7% 減少する。
• 新しい重い状態の f 依存性結合のおかげで、標準模型からのずれは 1/f² に比例する。これは、質量に比例しない。
• LHC および線形 e+e− 衝突機では、2σ有意水準において f < ∼650 GeV までしかずれをプローブできない。
• 光子衝突機では、Γ(H → γγ) のずれを 2σ で f < ∼1.1 TeV、5σ で f < ∼0.7 TeV までプローブ可能である。
• 二重電荷をもつスカラー Φ±± は、HΦ++Φ−−結合が非常に抑制されている（∝ v⁴/f⁴）ため、無視可能であり、その無視が正当化される。