[論文レビュー] TASI Lectures on Electroweak Symmetry Breaking from Extra Dimensions

Csaba Csáki, Jay Hubisz+1 more|ArXiv.org|Oct 20, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用数 53

ひとこと要約

この論文は、余剰次元におけるヒッグスなしの電弱対称性の spontaneously broken の教育的導入を提示している。ヒッグス機構は5次元時空におけるゲージ場およびフェルミオン場の境界条件によって置き換えられる。このモデルが、歪んだ幾何学とフェルミオンの局在化を通じてユニタリティと電弱精度観測量を維持できることを示しており、標準模型ヒッグスボソンの代替として、TeVスケールで検証可能なシグネチャーを有する有効な代替案を提供する。

ABSTRACT

This is a pedagogical introduction into the possible uses and effects of extra dimensions in electroweak (TeV scale) physics, and in particular to models of electroweak symmetry breaking via boundary conditions ("higgsless models"). It is self contained: all the aspects of extra dimensional and electroweak physics used here are reviewed, before we apply these concepts to higgsless models. In the first lecture gauge theories in an extra dimension and on an interval are discussed. In the second lecture we describe the basic structure of higgsless models, while in the third lecture we discuss fermions in extra dimensions and the inclusion of fermions into higgsless models. The final lecture is devoted to the issue of electroweak precision observables in theories beyond the standard model and its applications to extra dimensional theories and in particular the higgsless models.

研究の動機と目的

• 余剰次元におけるゲージ場およびフェルミオンのダイナミクスを理解するための自己完結的で教育的な枠組みを構築すること。
• 5次元区間における境界条件がヒッグスボソンの代わりに電弱対称性の破れを実現する方法を探索し、ヒッグスなしモデルを導くこと。
• これらのモデルが電弱精度観測量（特にPeskin-TakeuchiのS、T、Uパラメータ）と整合しているかを分析すること。
• 局在化された運動項と境界条件を通じてヒッグスなしモデルでフェルミオン質量がどのように生成されるかを示すこと。
• 歪んだ余剰次元（例：ランダール＝スンズラム）が階層問題を安定化させ、精度観測量のずれを抑制するとともに、散乱振幅におけるユニタリティを維持する役割を示すこと。

提案手法

• 一貫したゲージ固定と境界条件（BCs）を用いて、境界を持つ有限な区間における5次元ゲージ理論を定式化し、オルビフォールド法と区間アプローチの違いを明確にすること。
• ゲージ場に特定の境界条件を課すことにより、ヒッグススカラーを用いずにSU(2)×U(1)をU(1)_{em}に破れるようにし、余剰次元の幾何学に依存するヒッグスなしモデルを構築すること。
• AdS/CFT対応を用いて5次元の歪んだモデルを4次元の強い結合した conformal field theory に写像し、複合ヒッグスに類似した振る舞いの研究を可能にすること。
• プランクブレーンおよびTeVブレーンにおける局在化された運動項を用いて、チャーミカル境界条件を持つ5次元フェルミオンを導入し、現実的なフェルミオン質量と混合を生成すること。
• 有効場理論のアプローチを用いて電弱精度観測量（S、T、U）の補正を計算し、任意のBSM理論に適用可能な一般式を導出すること。
• ヒッグスなしモデルにおけるSおよびTパラメータを評価し、フェルミオンが適切に局在化されており、ゲージ系が歪んでいる場合に、実験的制限内に収まることを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 有限な余剰次元を持つ5次元ゲージ理論において、ヒッグススカラーを用いずに電弱対称性の破れをどのように達成できるか？
• RQ2 5次元区間におけるゲージ場およびフェルミオン場のどの境界条件が、一貫性があり、ユニタリで、物性論的に妥当なヒッグスなしモデルをもたらすか？
• RQ3 ヒッグスなしモデルにおけるPeskin-TakeuchiのSおよびTパラメータはどのように振る舞い、実験的限界内に収まるか？
• RQ4 歪んだ幾何学（例：ランダール＝スンズラム）は、階層問題の安定化と精度電弱観測量のずれの抑制にどのような役割を果たすか？
• RQ5 局在化された運動項と境界条件を通じて、ヒッグスなしモデルで現実的なフェルミオン質量と混合を生成できるか？

主な発見

• 歪んだ5次元時空におけるヒッグスなしモデルは、W+W−散乱においてTeVスケールまでユニタリティを維持でき、トップクォークがTeVブレーンに局在化している場合、最小のカルラ・キリッヒゲージボソン質量が約√2 M_Wに飽和する。
• ヒッグスなしモデルにおけるSパラメータは有限で計算可能であり、Kaluza-Kleinスペクトルとフェルミオンの局在化に起因する補正が生じる。トップクォークがTeVブレーンに近接して局在化している場合には、実験的制限内に収まる。
• ヒッグスなしモデルにおけるフェルミオン質量は、ブレーンにおける局在化された運動項によって生成され、トップクォーク質量はTeVブレーンにおける大きなディラック質量項を必要とし、左巻きボトムクォークのZボソンへのカップリングを顕著に増大させる。
• 大きなディラック質量項による混合により、左巻きボトムクォークはSU(2)_R二重項に成分を獲得し、標準模型の値を上回るZb_L b_Lカップリングのずれを生じる。
• Zb_L b_Lカップリングの大きなずれを避けるためには、逆半径1/R′を増加するか、または2番目のAdS_5ボリュームを導入してトップ質量生成を電弱対称性の破れから分離する必要があり、これによりトップパイオンおよび可能性としてトップヒッグス状態が導入される。
• 歪んだ空間におけるゲージ-ヒッグス統一と、TeVブレーンにおける5次元ゲージ場（A_5）の成分としてのヒッグスを組み合わせることで、軽い複合擬スカラー・ゴールドストーンヒッグスが得られ、階層問題に対する自然な解決策とゲージ結合の統一を一貫して実現する。