[논문 리뷰] A minimally tuned composite Higgs model from an extra dimension

Duccio Pappadopulo, Andrea Thamm외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 41인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 추가 차원에 압축된 5차원 보행자 페르미온의 특정 SO(5) 표현에 표준모형 필드를 통합함으로써 최소한의 조정을 갖는 5차원 복합 힉스 모형을 제안한다. 힉스는 SO(5)/SO(4) 대칭의 깨짐으로부터 유도된 준골드스톤 보손이며, 페르미온 표현의 선택으로 인해 2차 항의 발산이 억제되어 전자약력 정밀도 검사와 일치하는 최소한의 조정을 달성한다. 이 모형은 전하가 8/3인 새로운 이색 쿼크 Υ를 예측하며, 이는 W⁺W⁺W⁺b로 붕괴되며 라파스에서의 발견 또는 배제에 유용한 특징적인 서명을 제공한다.

ABSTRACT

We construct and study the 5D realization of a composite Higgs model with minimal tuning. The Higgs is a (pseudo-)Goldstone boson from the spontaneous breaking of a global SO(5) symmetry to an SO(4) subgroup. The peculiarity of our construction lies in the specific choice of the SO(5) representations of the 5D fermions from which the Standard Model fields arise as chiral zero modes. This choice reduces the tuning of these models to the minimal model-independent value allowed by electroweak precision tests. We analyse the main differences between our 5D construction and other descriptions in terms of purely 4D field theories. 5D models are generally more constrained and show a generic difficulty in accommodating a light Higgs without reintroducing large corrections to the \hat{S} parameter. We propose a specific construction in which this tension can be, even though accidentally, relaxed. We discuss the spectrum of the top partners in the viable regions of parameter space and predict the existence of light exotic quarks, Υ, of charge 8/3 whose striking decay channel Υ o W^+W^+W^+ b can lead to either exclusion or confirmation of the model in the near future.

연구 동기 및 목표

• 표준모형의 힉스 섹터에서 조정을 최소화하는 5차원 추가 차원에 기반한 복합 힉스 모형을 구축하기 위해.
• 5차원 모형에서 빛인 힉스와 큰 S 매개변수 보정 간의 갈등을 해결하기 위해.
• 전자약력 정밀도 검사와 일치하는 최소 조정 시나리오를 실현하기 위해.
• 특히 전하가 8/3인 상대 페어를 포함한 새로운, 잠재적으로 발견 가능한 이색 상태를 식별하기 위해.
• 4차원 구성에서의 정밀 조정 문제를 피하는 5차원 복합 힉스 모형의 실현을 제공하기 위해.

제안 방법

• 추가 차원에 압축된 5차원 보행자 페르미온의 특정 SO(5) 표현에 표준모형 페르미온을 통합함.
• 5차원 페르미온에서 유래한 카이랄 제로 모드를 사용하여 SM 쿼크와 렙톤을 실현하고, 힉스를 SO(5)/SO(4) 깨짐으로부터 기인한 준골드스톤 보손으로 간주함.
• UV 및 IR 브레인에 경계 조건을 적용하여 SM 필드의 정확한 양자수와 카이랄리티를 도출함.
• 카우차-클라이프 고유진동수를 포함한 루프 보정을 통해 S 및 T 매개변수를 계산하고, 첫 번째 벡터 KK 고유진동수 질량에서 로그적 절단을 적용함.
• 홀로그래픽 기법을 사용하여 5차원 이론을 4차원 효과적 기술로 매핑하고, 토퍼트 페어 스펙트럼과 이색 상태를 포함함.
• 5차원 페르미온 표현 내용에서 토퍼트 페어와 이색 쿼크의 스펙트럼, 특히 전하가 8/3인 Υ 상태를 유도함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전자약력 정밀도 검사에서 허용되는 최소 조정을 갖는 5차원 복합 힉스 모형이 달성 가능한가?
• RQ2 일반적으로 이러한 이론에서 갈등을 보이는 데도 불구하고, 빛인 힉스를 가진 5차원 모형에서 S 매개변수가 어떻게 작게 유지될 수 있는가?
• RQ3 이 5차원 구성에서 토퍼트 페어와 이색 페르미온의 현상학적 서명은 무엇인가?
• RQ4 특정 5차원 페르미온 SO(5) 표현의 선택이 힉스 포텐셜 내 2차 항 발산을 자연스럽게 억제할 수 있는가?
• RQ5 특히 전하가 8/3인 Υ 상태와 관련된 새로운 이색 쿼크에서 어떤 특징적인 붕괴 채널이 발생하는가?

주요 결과

• 모형은 전자약력 정밀도 검사에서 허용되는 최소 조정을 달성하며, 이는 약 450 GeV의 截斷 스케일에 해당한다.
• S 및 T 매개변수의 계산은 절단에 대해 로그적으로 스케일링되며, 첫 번째 벡터 KK 고유진동수 질량에서 절단을 설정할 경우 실험 제약 조건과 일치한다.
• 토퍼트 페어에는 전하가 +8/3인 새로운 이색 쿼크 Υ가 포함되어 있으며, 이는 특징적인 최종 상태인 W⁺W⁺W⁺b로 붕괴될 것으로 예측된다.
• Υ 상태는 5차원 페르미온 표현 내용과 그 상호작용에서 기인하며, 그 양자수와 상호작용으로 인해 붕괴 폭이 주로 W⁺W⁺W⁺b 채널에 의해 지배된다.
• 모형은 TeV 스케일 근처의 토퍼트 페어 스펙트럼을 예측하며, 가장 가벼운 이색 쿼크 상태는 Υ이며, 이는 향후 라파스에서 발견되거나 배제될 수 있다.
• 특정 페르미온 표현의 선택을 통해 5차원 구성은 빛인 힉스와 S 매개변수 사이의 갈등을 우연적으로라도 완화한다.