[논문 리뷰] A Pseudoscalar Resonance That Could Resemble the Higgs

Alan R. White|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 10인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC와 테바트론에서 관측된 탑 쿼크 쌍 생성 사건들이 힉스 보손 때문이 아니라, 질량이 없는 페르미온을 가진 비임계적 SU(5) gauge 이론에서 발생하는 색 섹셋트 섹터로부터 유래하는 새로운 편미분 스칼라 진동자 η₆의 붕괴에서 기인한다고 제안한다. 이 이론은 힉스 섹터 없이 유니버설한 양자장 이론의 유니티를 통해 표준모형을 통합하며, η₆ 진동자는 t\bar{t} 및 ZZ→llll 사건을 모두 설명한다. 또한, 포메론을 통해 혼합되는 트리플렛 섹터에서 기인하는 두 번째 편미분 스칼라 η₃가 존재한다.

ABSTRACT

As described previously, in SU(5) gauge theory with massless left-handed $ {\bf 5 \oplus 15 \oplus 40 \oplus 45^*}$ fermions \{QUD\}, an S-Matrix is produced by infra-red anomaly dynamics that might provide an extraordinarily economic origin and unification for the Standard Model. All particles are bound-states, with dynamically generated masses, and there is no Higgs sector. In this paper, the radically different dynamical role played by the top quark is elaborated. It does not reproduce Standard Model "$ t\bar{t} $" events but, instead, these events are reproduced by the multiple vector boson decays of the $η_6$ - the remnant pseudoscalar resonance left by color sextet electroweak symmetry breaking. Evidence that the $η_6$ appears in LHC and Tevatron Z pair cross-sections is discussed. A second pseudoscalar resonance, the $η_3$, contains a $t\bar{t}$ pair and mixes with the $η_6$ via the pomeron. The mixing should give the $η_3$ a mass between the triplet and sextet scales. It could also have a decay mode pattern that is more consistent with LHC and Tevatron results than the (mass spectrum determined) pattern of the Standard Model Higgs boson that many hope has been discovered. Unfortunately, at present, there is no possibility to calculate explicit cross-sections.

연구 동기 및 목표

• 비임계적 SU(5) 게이지 이론에서 힉스 메커니즘 대신 동역학적 유사한 유사입자 기원을 통해 질량을 생성함으로써 힉스 계층 문제와 자연성 문제를 해결하는 것.
• LHC와 테바트론에서 관측된 t\bar{t} 및 ZZ→llll 사건들이 힉스 보손이 아닌, 섹셋트 쿼크 섹터에서 기인하는 새로운 편미분 스칼라 진동자 η₆의 붕괴에 기인함을 설명하는 것.
• 기본적인 힉스 장이 없이도 전자약력 대칭 붕괴와 페르미온 질량을 설명하기 위해, 질량이 없는 기저점에서의 이상성 기반 S-행렬 역학을 사용하는 것.
• QCD에서 글루볼, 겔링, 파arton 모델의 부재를 해결하기 위해, 비임계적, 단위성 S-행렬 프레임워크를 기반으로 한 통합된 기반 구조에 이를 통합하는 것.
• 장거리, 비임계적 역학—특히 포메론—이 표준모형의 기초가 될 수 있음을 보여줌으로써 입자물리학에서 지배적인 단거리 프레임워크에 도전하는 것.

제안 방법

• 이론은 질량이 없는 왼쪽 페르미온 5⊕15⊕40⊕45*를 포함하는 SU(5) 게이지 이론에 기반하며, 이는 모든 입자 질량이 유사입자 상태를 통해 동역학적으로 생성되는 임계적 적외선 고정점 이론이다.
• 전자약력 대칭 붕괴는 색 섹셋트 쿼크 섹터에서 기인하며, 이는 섹셋트 파이온 섹터에서 기인하는 잔여 편미분 스칼라 진동자인 η₆로 나타나며, 이는 벡터 보손 질량을 동역학적으로 생성한다.
• 탑 쿼크는 기본 장이 아니라 섹셋트 섹터의 구성 요소이며, 그 관측된 성질들은 η₆ 진동자의 붕괴에서 기인하는 t\bar{t} 및 ZZ 최종 상태에서 유래한다.
• 두 번째 편미분 스칼라 η₃는 트리플렛 쿼크 섹터에서 기인하며, 포메론을 통해 η₆와 혼합된다. 포메론은 비임계적 상호작용을 매개하는 글루온 연산자이다.
• S-행렬은 다중-레지 운동역학과 임계 포메론을 사용하여 구성되며, 단위성과 표준모형의 단면적을 명시적인 힉스 결합 없이 재현한다.
• 실험적 예측은 η₆ 진동자의 예측된 붕괴 패턴과 단면적을 LHC 및 테바트론 데이터와 비교하여 검증된다. 특히 ZZ→llll 및 t\bar{t} 사건에서 검토된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC와 테바트론에서 관측된 t\bar{t} 및 ZZ→llll 사건들이 힉스 보손이 아닌 새로운 편미분 스칼라 진동자에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 이상성 기반 비임계적, 질량이 없는 SU(5) 게이지 이론에서 기본 힉스 섹터가 없더라도 여전히 표준모형의 현상학을 재현할 수 있는가?
• RQ3 표준모형에서 탑 쿼크의 역할을 기본 장이 아닌 동역학적 공명으로 재해석할 수 있는가?
• RQ4 고질량에서 관측된 ZZ→llll 및 ZZ→llqq 단면적의 초과 현상이 QUD S-행렬이 예측하는 비임계적 단면적과 일치하는가?
• RQ5 포메론을 통한 η₃와 η₆의 혼합이 표준모형 힉스보다 LHC 데이터와 더 일치하는 질량 스펙트럼과 붕괴 패턴을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 섹셋트 쿼크 섹터에서 기인하는 η₆ 진동자는 t\bar{t} 및 ZZ→llll 사건의 원천으로 확인되며, 그 붕괴 너비와 질량 스케일이 관측된 탑 쿼크 임계 행동과 일치한다.
• CDF의 네 렙톤 ZZ→llll 사건에서 t\bar{t} 임계점에서 η₆에 대한 증거를 발견하였으며, 이는 CMS 및 ATLAS의 ZZ→llll, llνν, llqq 단면적과도 일치한다. 특히 고임계량에서 두드러진다.
• 트리플렛 섹터에서 기인하는 η₃ 진동자는 포메론을 통해 η₆와 혼합되며, 트리플렛 및 섹셋트 스케일 사이의 질량을 가지며, 표준모형 힉스보다 LHC 데이터와 더 일치하는 붕괴 패턴을 가질 수 있다.
• 이 이론은 힉스 섹터 없이도 전자약력 대칭 붕괴와 페르미온 질량을 설명하며, 질량이 없는 기저점 이론에서 이상성 보존과 동역학적 결합 상태에 의존한다.
• 어둠의 물질과 중성자 질량을 자연스럽게 설명하며, 작은 중성자 질량은 기초적인 약한 결합, 질량이 없는 이론을 시사한다.
• 계산 가능한 단면적의 부재는 여전히 한계이지만, LHC 및 테바트론 데이터와의 정성적 일치는 QUD S-행렬이 표준모형의 비히그스 대체로 통합 가능한 비히그스 없는 기반을 제공함을 지지한다.