[論文レビュー] The Dynamical Composite Higgs

Gero von Gersdorff, Eduardo Pontón+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、臨界を超える結合定数を有するフェルミオン間の四フェルミオン相互作用を介して、擬スカラーニャム・ゴールドストーン ヒッグス模型の最小的で非超対称な紫外完全化を提案する。SO(5)→SO(4)のグローバル対称性の破れが実現され、ヒッグスはナムブ・ヨナ・ラシンォのメカニズムにより複合束縛状態として出現する。近似的な赤外固定点のおかげで、高エネルギースケールに敏感でない性質を示し、観測されたヒッグス質量を再現する。電弱精度テストもパラメータ空間の一部で満たす。さらに、数TeVのスケールのシングレットスカラーと、ベクトル型フェルミオンを予測する。このモデルは、可微分理論への埋め込みによって紫外完全化可能である。

ABSTRACT

We present a simple microscopic realization of a pseudo-Nambu-Goldstone (pNGB) boson Higgs scenario arising from the breaking of $SO(5) ightarrow SO(4)$. The Higgs constituents are explicitly identified as well as the interactions responsible for forming the bound state and breaking the electroweak symmetry. This outcome follows from the presence of four-fermion interactions with a super-critical coupling, and uses the Nambu-Jona-Lasinio mechanism to break the global $SO(5)$ symmetry. The Higgs potential is found to be insensitive to high energy scales due to the existence of an approximate infrared fixed point. The appearance of vector resonances is described and the correspondence with other proposals in the literature established. The model described here is significantly simpler than other recent ultraviolet completions of pNGB scenarios. The observed Higgs mass can be accommodated, and agreement with electroweak precision tests achieved in certain regions of parameter space. There are also new vector-like fermions, some of which may lie within reach of the LHC. In addition, we predict a heavy standard model singlet scalar in the multi-TeV range. The amount of fine-tuning required in the model is studied. Finally, we show that such a scheme can be completed in the ultraviolet by a renormalizable theory.

研究の動機と目的

• 擬スカラーニャム・ゴールドストーン ヒッグスのシナリオの最小的で非超対称な紫外完全化を構築すること。このモデルは二次的発散を回避する。
• 臨界を超える結合定数を有する四フェルミオン相互作用を用いて、基本的スカラーを避けて電弱対称性の破れを実現すること。
• 近似的な赤外固定点のおかげで、ヒッグスポテンシャルが高エネルギースケールに敏感でないことを示すこと。
• ベクター励起状態と新しいベクトル型フェルミオンの出現を特定すること。一部はLHCで観測可能である。
• モデルが可微分理論によって紫外完全化可能であることを示し、必要となる微調整の程度を評価すること。

提案手法

• 四フェルミオン相互作用に臨界を超える結合定数を用い、ナムブ・ヨナ・ラシンォのメカニズムによってグローバルSO(5)対称性の自発的破れを誘発する。
• ヒッグス粒子はフェルミオンの複合束縛状態として特定され、明示的なグローバル対称性の破れに起因する1ループのコロン・ワインバーグポテンシャルによって電弱スケールが生成される。
• 場に依存する質量を伴う1ループのコロン・ワインバーグ計算を用いて有効ポテンシャルを計算し、場に依存するカットオフを用いて赤外発散を適切に取り扱う。
• QCD相互作用を、重イカーレジーム方程式を用いて取り入れ、固定点行動およびフェルミオンの異常次元に与える影響を検討する。
• ラジアルモードは重いスカラー場として取り扱い、ヒッグスが基本的でないことを保証するための複合性条件を適用する。
• 四フェルミオン相互作用を、重いベクトル型フェルミオンとスカラー・シングレットを含む可微分ゲージ理論に埋め込むことで紫外完全化を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 擬スカラーニャム・ゴールドストーン ヒッグス模型の最小的で非超対称な紫外完全化を、四フェルミオン相互作用を用いて構築可能か？
• RQ2 近似的な赤外固定点のおかげで、得られるヒッグスポテンシャルが高エネルギー物理学に敏感でないか？
• RQ3 モデルが観測されたヒッグス質量を再現でき、妥当なパラメータ空間内で電弱精度テストを満たすか？
• RQ4 ベクトル型フェルミオンや重い標準模型シングレットスカラーのような物性的シグネチャは何か？LHCで観測可能か？
• RQ5 微調整はどの程度必要か？また、モデルは可微分理論によって紫外完全化可能か？

主な発見

• ヒッグス質量は観測値と整合し、パラメータ空間の一部で電弱精度テストにも適合する。
• 近似的な赤外固定点のおかげで、ヒッグスポテンシャルは高エネルギースケールに敏感ではなく、二次的発散が低減される。
• モデルは、複合ヒッグスのラジアルモードに起因する、数TeVのスケールの重い標準模型シングレットスカラーを予測する。
• ベクター励起状態が自然に出現し、標準模型ゲージボソンによるヒッグス質量パラメータの二次的発散をキャンセルする。
• 新しいベクトル型フェルミオンが予測され、その一部は質量と結合定数に応じてLHCで観測可能である可能性がある。
• モデルは可微分理論によって紫外完全化可能であり、微調整の程度は中程度であることが判明した。特に、基本的スカラーを持つモデルと比較して顕著に低い。