[論文レビュー] Spin-1 resonances in a non-linear left-right dynamical Higgs context

Juan Yepes|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、$SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes U(1)_{B-L}$という拡張されたゲージ群から導かれる、軽い動的なヒッグスを伴う非線形な左右対称な電弱模型におけるスピン-1共鳴状態の完全でCPを保存する有効場理論を構築している。重い右巻きゲージボソンを統合した後、$p^4$次数で24の関連する次元6オペレーターを同定し、LHCおよび将来の衝突加速器における新しい物理をテストするためのモデルに依存しない基底を提供する。

ABSTRACT

All the possible CP-conserving non-linear operators up to the $p^4$-order in the Lagrangian expansion are clearly and completely listed for the case of an emerging new physics field content in the nature, more specifically, from spin-1 resonances sourced by the straightforward extension of the SM local gauge symmetry to the larger local group $SU(2)_L\otimes SU(2)_R\otimes U(1)_{B-L}$, within a non-linear electroweak chiral context coupled to a light dynamical Higgs. The physical effects induced by integrating out the right handed fields from the physical spectrum are briefly analysed. The relevant set of effective operators have been identified at low energies.

研究の動機と目的

• 拡張された左右対称ゲージ対称性 $SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes U(1)_{B-L}$ から生じるスピン-1共鳴状態のモデルに依存しない有効場理論（EFT）を体系的に構築すること。
• 強い相互作用から生じる擬スピンゴルドストーン粒子としての軽い動的なヒッグス粒子を、電弱対称性の非線形実現と整合的に組み込むこと。
• EFT展開の $p^4$ 次数までにわたる、ゲージボソンおよびヒッグスを含む完全なCPを保存する次元6オペレーターの集合を同定すること。
• 重い右巻きゲージボソンを統合することで生じる物理的効果を分析し、特に低エネルギーにおける有効結合に注目すること。
• 従来の左右対称モデルにおける結果を一般化し、軽いヒッグスを含む有効オペレーター基底を拡張するUV完全なEFTフレームワークを提供すること。

提案手法

• ゲージ対称性 $SU(2)_L$ および $SU(2)_R$ に関連するゴルドストーン粒子の強い相互作用を記述する非線形 $\sigma$-モデルを用い、それぞれ異なるスケール $f_L$ および $f_R$ を導入する。
• 強いセクターの非線形構造を保ちつつ、ヒッグスノード $h$ を $h/f_L$ の累乗で非線形チャイralラグランジアンに結合する。
• 有効ラグランジアンの体系的 $p^4$ 次数展開を実行し、すべての可能なCPを保存するゲージおよびゲージ-ヒッグスオペレーターを含む。
• 対称性の簡約化と運動方程式（EOM）を用いて、特にフェルミオンが質量ゼロの極限において冗長なオペレーターを削除する。
• 19個の冗長なオペレーターを除去した後、最小で独立なオペレーター基底が得られ、合計24個の物理的オペレーターが残る（左巻き12個、右巻き5個、左-右混合7個）。
• 残りのオペレーター係数を用いて、物理的結合 $\gamma\gamma h$、$ZZh$、$WW h$、$Z\gamma h$ を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形な左右対称モデルにおける、ゲージボソンおよび軽いヒッグスを含む完全で最小のCPを保存する次元6オペレーターの集合は何か？
• RQ2 右巻きゲージボソンを統合した後、ヒッグス粒子のベクトルボソンへの結合（$WW h$、$ZZ h$、$\gamma\gamma h$）は、有効オペレーター係数にどのように依存するか？
• RQ3 低エネルギー有効理論において、特にフェルミオンが質量ゼロの極限で、どのオペレーターが冗長または無視可能となるか？
• RQ4 左巻きと右巻きのゴルドストーンスケール $f_L$ と $f_R$ の間の階層は、有効オペレーター基底および新しい物理の補正の大きさにどのように影響するか？
• RQ5 動的なヒッグスを伴うより大きなゲージ群の文脈において、従来の低エネルギー非線形EFTのUV完備化は何か？

主な発見

• この論文は、軽いヒッグスを伴う非線形な左右対称モデルにおける有効ラグランジアンの $p^4$ 次数で、完全で最小の24のCPを保存する次元6オペレーターの基底を同定した。
• 運動方程式を適用し冗長なオペレーターを除去した結果、19個のオペレーターが物理的でないか無視可能であることが判明し、残りは左巻き12個、右巻き5個、左-右混合7個の物理的オペレーターとなった。
• 物理的結合 $g_6^{\gamma}$、$g_6^Z$、$g_6^{\gamma Z}$ は、係数 $c_{9,L}$、$c_{16,L}$、$c_{13(2)}$ を用いて表現され、$s_W$、$c_W$、$s_{2W}$ に明示的な依存性を示す。
• $hVV$ 結合、特に $WW h$、$ZZ h$、$\gamma\gamma h$ は、オペレーター $\mathcal{P}_{7,L}$、$\mathcal{P}_{9,L}$、$\mathcal{P}_{10,L}$ の線形結合によって決定されるが、後者の2つは解析において無視可能である。
• 有効オペレーター基底が、Appelquist:1980vg、Longhitano:1980iz、Brivio:2013pma で示された従来の低エネルギー非線形EFTの一般化されたUV完備化であることが示された。
• 重い右巻きゲージボソンを統合することで、$f_L/f_R$ にパラメトライズされる階層的抑制が生じ、低エネルギーで簡略化されたオペレーター基底が得られることを確認した。