[論文レビュー] Standard Model with a distorted Higgs sector and the enhanced Higgs diphoton decay rate

Archil Kobakhidze|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 16

ひとこと要約

本稿は、ヒッグスをSU(2)×U(1)のもとで単位表現として持つ非線形実現電弱対称性を提案し、ヒッグス-トップ結合にCP対称性の破れを導入することで、ヒッグスの二光子崩壊率を向上させつつもヒッグス生成過程に影響を与えない。モデルはCP対称性の破れの位相の範囲でμγγ ≈ 1.5–2.0の信号強度を達成するが、トップヤウクの結合定数をSMの値未満に低下させることで、真空安定性の懸念を解消する。

ABSTRACT

We propose a theoretical justification for the anomalous Higgs couplings without extending the particle content of the Standard Model, but rather assuming different realization of the electroweak symmetry and the representation of the Higgs field. Namely, the electroweak symmetry in our model is non-linearly realised with the Higgs field residing in the singlet representation of the electroweak gauge group. Within this framework we identify the simplest scenario with CP-violating Higgs-top coupling which explains the enhanced rate of $h oγγ$, while the Higgs production cross section is unaffected. Remarkably, this can be achieved with a reduced strength of the Higgs-top Yukawa coupling, $| y_t|

研究の動機と目的

• 新しい粒子や対称性を導入せずに、観測されたヒッグス二光子崩壊率の増大（μγγ ≈ 1.5–2）を説明すること。
• 崩壊率の変動にもかかわらず、グルーオン融合によるヒッグス生成率をSM水準で維持すること。
• 125–126 GeVのヒッグスボソンに対して、電弱真空安定性の問題を、トップヤウク結合定数をSMの値未満に低下させることで解消すること。
• ヒッグス-トップ系におけるCP対称性の破れを介した電弱ビアジェネシスの新たなフレームワークを提供すること。

提案手法

• 電弱ゲージ対称性SU(2)×U(1)を非線形的に実現するものと仮定し、ヒッグス場ρはゲージ群のもとで単位表現として変換する。
• トップヤウク相互作用項に複素位相αを導入することでCP対称性の破れを持つヒッグス-トップヤウク結合を導入し、cos(α)をパrameter化する。
• ヒッグスポテンシャルをV = (μ²/2)ρ² + (σ/3)ρ³ + (λ/4)ρ⁴と構築し、真空期待値⟨ρ⟩ = v ≈ 246 GeVが非ゼロとなるようにする。
• 物理的ヒッグス質量をm_h² = ∂²V/∂ρ²|ρ=vから導出し、ゲージ相互作用がSMと一致するように保証する。
• 有効ラグランジアンを用いて、CP偶数およびCP奇数のヒッグス-トップおよびWボソンのループからの寄与を含めたヒッグス二光子崩壊率を計算する。
• gg→hの断面積がSMと一致する条件σ(gg→h)/σ_SM(gg→h) ≈ 1を課し、トップヤウク結合定数を制約する。これにより|y_t| < |y_t^SM|が得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい粒子や拡張されたゲージ対称性を導入せずに、強化されたヒッグス二光子崩壊率を説明できるか？
• RQ2 崩壊率の変動にもかかわらず、ヒッグス生成率をSMに近い水準に保てるか？
• RQ3 CP対称性の破れを持つヒッグス-トップ結合が、観測されたμγγ ≈ 1.5–2.0を一貫して説明可能か？
• RQ4 本モデルにおけるトップヤウク結合定数の低下が、電弱真空安定性の問題を緩和できるか？
• RQ5 ヒッグス系におけるCP対称性の破れにより、電弱ビアジェネシスの観点から本モデルは実現可能か？

主な発見

• cos(α)の範囲が−0.64 < cos(α) < 0.41の間で、モデルはLHCの現在のデータと整合する二光子信号強度μγγ ≈ 1.5–2.0を達成する。
• トップヤウク結合定数はSM値の62%–72%に低下し、|y_t/y_t^SM| ≈ 0.62–0.72と評価される。これはCP対称性の破れの位相に依存する。
• SMにおけるh̄ttとhWWの寄与の破壊的干渉が弱まり、あるいは逆転し、結果として二光子崩壊を強化する建設的干渉が生じる。
• 本モデルは、ヒッグス-トップ結合に非ゼロのCP奇数成分を予測し、これはSMのWボソンループと破壊的干渉を起こさずに、二光子崩壊に正の寄与をもたらす。
• トップヤウク結合定数をSM未満に制約することで、現在のデータが要求するように、グルーオン融合によるヒッグス生成率をSM水準で維持する。
• ヒッグス-トップ系におけるCP対称性の破れにより、観測されたバリオン非対称性を生成する可能性を有する、実現可能な電弱ビアジェネシスのメカニズムを提供する。