[論文レビュー] Techni-Composite Higgs models with (a)symmetric dark matter candidates

Soerensen, Philip, Mads T. Frandsen+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、同時に複合ヒッグス（CH）と技術色理論（TC）の真空を実現する、新しい技術的・複合ヒッグス模型を提案する。このモデルは、SU(2)RのスファレオンにおけるU(1)X対称性の異常を介して、非対称なダークマター（ADM）を実現可能にする。このモデルにより、バリオンとダークマターの残存密度の共通の起源が得られ、DM候補が安定なpNGBまたはバリオン状態として実現され、観測と整合するように|ΩDM/ΩB| ≈ (2/3)(3 + L/B)のDM/バリオン密度比が得られる。これは、6フェルミオン作用素が一部のSM世代では非効率である場合に成立する。

ABSTRACT

We propose a novel class of composite models that feature both a technicolor and a composite Higgs vacuum limit, resulting in an asymmetric dark matter candidate. These Techni-Composite Higgs models are based on an extended left-right electroweak symmetry with a pseudo-Nambu Goldstone boson Higgs and stable dark matter candidates charged under a global $\mathrm{U}(1)_X$ symmetry, connected to the baryon asymmetry at high temperatures via the $SU(2)_{ m R}$ sphaleron. We consider, as explicit examples, four-dimensional gauge theories with fermions charged under a new confining gauge group $G_{ m HC} $.

研究の動機と目的

• バリオン非対称性と関連づけて、ダークマター残存密度の未解決問題を共通の起源によって解決すること。
• 同時に複合ヒッグス（CH）と技術色理論（TC）の真空状態を支持するモデルを構築すること。
• U(1)X対称性下で安定な複合DM候補を有する非対称ダークマター（ADM）を実現すること。
• U(1)X対称性がSU(2)Rスファレオンにおいて異常であることを保証し、バリオンと同様に非対称性生成を可能にすること。
• DMの熱的残存密度を、宇宙論的観測と整合するように抑制すること。

提案手法

• 強い相互作用による動的対称性破れを伴う、拡張された左右対称電弱ゲージ群SU(2)L ⊗ SU(2)R ⊗ U(1)Y′を導入する。
• 左対称系ではSU(N)/Sp(N)またはSU(N)/SO(N)の共役空間を介してCH極限を実現し、右対称系ではU(1)Xが未破れのまま技術色理論（TC）真空を実現する。
• コンfinementを示すGHC群に従って変換するハイパーフェルミオンを有する4次元ゲージ理論を用い、グローバル対称性の破れとpNGBヒッグスを生成する。
• 6フェルミオン作用素を導入し、スファレオン過程を媒介することで、SMフェルミオンと技術フェルミオン間の化学ポテンシャルの平衡を保証する。
• スファレオンおよび電弱相互作用の平衡状態を適用し、DMのµX（化学ポテンシャル）とバリオンのµB（化学ポテンシャル）に制約を課す。
• 熱的凍結時のDM/バリオンエネルギー密度比ΩDM/ΩBを計算するために、統計的抑制係数σ(m/TF)を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのモデルが同時に複合ヒッグスと技術色理論の真空を実現可能か？
• RQ2 安定で複合的なダークマター候補が、U(1)X対称性を介して電弱系に一貫して結合可能か？
• RQ3 U(1)X対称性がSU(2)Rスファレオンにおいて異常であるか？これによりバリオンとダークマターの非対称性生成が共有可能か？
• RQ4 このようなモデルにおけるダークマターとバリオンの残存密度比はいかほどか？
• RQ5 DM候補の熱的残存密度が、宇宙論的観測と十分に整合するように抑制可能か？

主な発見

• モデルは、同時に複合ヒッグスと技術色理論の真空状態を実現でき、電弱対称性の破れとダークマターの統一的記述を可能にする。
• ダークマター候補は、安定な複合状態（pNGBまたはバリオン）であり、グローバルU(1)X対称性の下で電荷を有し、その安定性は対称性によって保証される。
• U(1)X対称性はSU(2)Rスファレオンにおいて異常であり、バリオンと同様に非対称性生成が可能となる。
• 6フェルミオン作用素が少なくとも1つのSM世代に対して非効率である条件の下で、DMとバリオンの残存密度比は|ΩDM/ΩB| ≈ (2/3)(3 + L/B)と求められる。ここでLとBはレプトン数およびバリオン数である。
• 化学ポテンシャルの制約と統計的要因σ(m/TF)の相互作用により、熱的残存密度が抑制され、観測されたDM豊度と整合的であることが保証される。
• モデルは、GHC群の擬実または複素表現に属するN=4ワイルフェルミオンを有する最小限の4次元ゲージ理論で実現可能である。