[論文レビュー] Phenomenology of a left-right-symmetric model inspired by the trinification model

Jamil Hetzel|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ゲージ群 $SU(3)_C \times SU(3)_L \times SU(3)_R$ を持つ三重統一フレームワークにインspiredされた左右対称模型の低エネルギー効果的理論を調査している。低エネルギー有効場理論を構築することで、精度測定と直接探索を用いてモデルのパラメータを制約し、100 GeV前後の質量を持つ複数の新しいスカラーモードを予測するとともに、標準模型からのヒッグス結合の測定可能なずれを示し、今後数年で大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でテスト可能であると結論している。

ABSTRACT

The trinification model is an interesting extension of the Standard Model based on the gauge group $SU(3)_C imes SU(3)_L imes SU(3)_R$. It naturally explains parity violation as a result of spontaneous symmetry breaking, and the observed fermion masses and mixings can be reproduced using only a few parameters. We study the low-energy phenomenology of the trinification model in order to compare its predictions to experiment. To this end, we construct a low-energy effective field theory, thereby reducing the number of particles and free parameters that need to be studied. We constrain the model parameters using limits from new-particle searches as well as precision measurements. The scalar sector of the model allows for various phenomenological scenarios, such as the presence of a light fermiophobic scalar in addition to a Standard-Model-like Higgs, or a degenerate (twin) Higgs state at 126 GeV. We show how a measurement of the Higgs couplings can be used to distinguish such scenarios from the Standard Model. We find that the trinification model predicts that several new scalar particles have masses in the $\mathcal{O}\left(100 ext{ GeV} ight)$ range. Moreover, large regions of the parameter space lead to measurable deviations from Standard-Model predictions of the Higgs couplings. Hence the trinification model awaits crucial tests at the Large Hadron Collider in the coming years.

研究の動機と目的

• 三重統一フレームワークから導かれる左右対称模型の低エネルギー物性論を調査すること。この模型は、$SU(3)_C \times SU(3)_L \times SU(3)_R$ ゲージ対称性によって標準模型を拡張する。
• 精度の高い電弱測定、新しい粒子の直接探索、ヒッグス結合に関する実験的制限を用いて、モデルのパラメータを制約すること。
• スカラー系の特徴的な物性論的状況を特定すること。例えば、軽いフェルミオフィリックスカラー、または126 GeVにデゲネレートしたツインヒッグスの存在。
• 標準模型の予測と比較してヒッグス結合パターンのずれを観測することで、モデルが大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でテスト可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 完全な三重統一模型と比較して、粒子数と自由パラメータ数を減らすために、低エネルギー有効場理論（LET）を構築する。
• 2つのバイダブルット $\Phi_1 \sim (\mathbf{1},\mathbf{\overline{2}},\mathbf{2},0)$ と $\Phi_R \sim (\mathbf{1},\mathbf{1},\mathbf{2},1)$ を用いてスカラーポテンシャルを導出する。真空期待値は $v_1 = v\cos\beta$、$b_1 = v\sin\beta$、$M$ でパrameter化する。
• スカラーポテンシャルの最小化条件を用いて、次元付きパラメータ $\mu^2_{11}, \mu^2_R, \mu^2_1$ を次元なしの結合定数 $\lambda_i$ と真空期待値で表す。
• 大きな場の値におけるポテンシャルの安定性を分析することで、真空安定性の制約を導出し、$\lambda_i$ 結合定数に必要な条件を導く。
• 簡略化されたLETモデルを2ヒッグスダブルレット模型（2HDM）にマッピングすることで、結合パターンの比較を行い、区別可能なシグネチャを特定する。
• ベンチマーク点のスキャンを実施し、重いベクトルボソン探索、電弱精度データ、ヒッグス結合測定からの実験的制限を用いてパラメータを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三重統一フレームワークにインスパイアされた左右対称模型の低エネルギー物性論的予測は何か。特に、新しいスカラーモードの存在について。
• RQ2 この模型におけるヒッグス結合の修正は、標準模型とどのように異なり、実験的に区別可能か。
• RQ3 100 GeV前後の質量を持つ新しいスカラーモードが存在可能なパラメータ領域は何か。また、それらの結合性質は何か。
• RQ4 精度測定と直接探索によって、モデルのパラメータ空間はどの程度制約されるか。
• RQ5 現在の実験的データと整合的でありながら、126 GeVにデゲネレートしたツインヒッグス状態をモデルがどのように実現できるか。

主な発見

• スカラー系の拡張により、$\mathcal{O}(100\text{ GeV})$ 程度の質量を持つ複数の新しいスカラーモードが予測される。
• パラメータ空間の広い領域で、標準模型の予測と比較してヒッグス結合の測定可能なずれが生じる。特に $\gamma\gamma$、$ZZ$、$WW$ decay チャネルで顕著である。
• 標準模型に類似したヒッグスに加えて、軽いフェルミオフィリックスカラーの存在を許容する。これはヒッグス信号強度の異常を介して検出可能である可能性がある。
• 126 GeVにデゲネレートしたツインヒッグス状態は、現在のヒッグス粒子質量測定と実験的制限と整合的であり、妥当なシナリオである。
• 真空安定性の制約により、スカラー結合定数 $\lambda_i$ に非自明な制限が課され、有効なパラメータ空間が制限される。
• 今後数年以内に、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でモデルをテスト可能であり、主なシグネチャは修正されたヒッグス結合と追加のスカラー共鳴状態から生じる。