[論文レビュー] No Higgs at the LHC

J.J. van der Bij|ArXiv.org|Apr 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、ヒッグスボソンがLHCで発見されない可能性を検討しており、それは非可視崩壊やシングレットスカラー場との混合によるもので、ヒッグス共鳴状態が広がるか、あるいは見えなくなる可能性がある。高次元モデルにおいて、余剰な空間次元が自然にヒッグス伝播関数を広げることを可能にし、LEP-200のデータ異常と整合的である。これはヒッグスがLHCから見えにくくなるが、ILCでの高精度測定によって検出可能である可能性を示唆する。

ABSTRACT

I discuss the question whether it is possible that the LHC will find no signal for the Higgs particle. It is argued that in this case singlet scalars should be present that could move in extra, even fractional, dimensions. A critical view at the existing electroweak data shows that this possibility might be favored over the simplest standard model. In this case one needs the ILC in order to study the Higgs sector.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突加速器における新しい物理学の「負けなし定理」に挑戦するように、ヒッグスボソンが存在するにもかかわらずLHCで検出されない可能性を調査すること。
• 特にヒッグスボソンの非標準的性質を示唆する、バリオンの前後非対称性と他の測定値との間の矛盾を、電弱精度測定データの不一致として分析すること。
• ヒッグスが非可視崩壊や部分的なヒッグス状態への混合によって隠される可能性がある、シングレットスカラー場を用いた標準模型の最小限の拡張を提案すること。
• ヒッグス伝播関数が連続的構造をとる高次元モデル（最大6次元）を調査し、これによりLHCで検出不能な広がった共鳴状態が生じることを示すこと。
• LEP-200のデータ異常と整合性を持たせる。特に98 GeVでの2.3σの過剰と115 GeVでの1.7σの過剰を、広がったヒッグス共鳴状態の兆候として解釈すること。

提案手法

• ヒッグス系にシングレットスカラーを導入し、超可縮小相互作用 $ H\Phi^\dagger\Phi $ を導入することで、量子レベルで $ H^3 $, $ H^4 $, または $ H^2\Phi^\dagger\Phi $ 項が生成されないようにし、再正規化可能性を保つ。
• カレン＝レーマンのスペクトル表現を用いて、ヒッグス伝播関数を状態の和または積分としてモデル化する：$ D_{\sigma\sigma}(k^2) = \int ds\, \rho(s)/(k^2 + s - i\epsilon) $。これにより、広がったまたは連続的共鳴状態を表現可能となる。
• ヒッグス場が $ d > 4 $ 次元で伝播する高次元モデルを構築し、修正された伝播関数を得る：$ D_{\sigma\sigma}(q^2) = \left[q^2 + M^2 - \mu_{\text{lhd}}^{8-d}(q^2 + m^2)^{(d-6)/2}\right]^{-1} $、ここで $ d=5 $ または $ 6 $ である。
• LEP-200のデータにフィットを行い、スペクトル密度フレームワーク内で98 GeVでの過剰をデルタ関数ピーク、115 GeVでの過剰を連続的成分として扱う。
• インバリエントブランチ比を不変質量の関数として分析し、LHCにおける鋭いヒッグスピークが完全に抑制されつつも、標準模型のブランチ比が保たれる状況を可能にする。
• $ d=5 $ と $ d=6 $ モデルを比較し、実験的不確実性の範囲内で $ d=5 $ がより頑健にデータに適合することを発見した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグスボソンが存在するにもかかわらず、非可視崩壊やシングレットスカラーとの混合によってLHCで検出されない可能性はあるか？
• RQ2 特に $ A_{FB}(b) $ と他の測定値との間の乖離が、拡張されたヒッグス系によって説明可能か？
• RQ3 5次元または6次元の高次元ヒッグスモデルが、LEP-200のデータと整合する広がったまたは非可視ヒッグス共鳴状態を生じるか？
• RQ4 余剰次元に起因する連続的ヒッグス伝播関数が、LHCで検出不能であるが、ILCで測定可能であるか？
• RQ5 LEP-200の98 GeVおよび115 GeVでの異常は、高次元モデルにおける広がったヒッグス共鳴状態の証拠として解釈可能か？

主な発見

• $ d=5 $ モデルは、不確実性の範囲内でLEP-200のデータに良好に適合し、許容範囲は $ 95 < m < 101 $ GeV、$ 111 < M < 121 $ GeV、$ 26 < \mu_{\text{lhd}} < 49 $ GeV である。
• $ d=6 $ モデルは限定的な範囲でのみ適合する：$ 95 < m < 101 $ GeV、$ 106 < M < 111 $ GeV、$ 22 < \mu_{\text{lhd}} < 27 $ GeV であり、これは $ d=5 $ の場合よりも好ましくないことを示している。
• このモデルは、LHCで検出されないが電弱精度測定データと整合的である広がったまたは非可視共鳴状態を持つヒッグスボソンを予測する。
• LEP-200の98 GeVでの2.3σの過剰は、カレン＝レーマンスペクトル密度におけるデルタ関数ピークとして解釈され、115 GeVでの1.7σの過剰は伝播関数の連続的成分に起因するとされる。
• 安定で弱く相互作用するシングレットスカラーが暗黒物質候補として存在可能であり、非可視崩壊チャネルと整合的である。
• 論文は、LHCでヒッグス信号が得られない可能性があるが、そのような状況下ではILCがヒッグス系を詳細に探査するために不可欠であると結論づける。