[논문 리뷰] Anarchic Yukawas and top partial compositeness: the flavour of a successful marriage

Giacomo Cacciapaglia, Haiying Cai외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 54인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 암시적 요크다이 쌍대성과 토프 부분 복합성으로 구성된 복합 힉스 모형을 제안하며, 토프 쿼크의 질량이 고질량 복합 상태와의 혼합으로 인해 기인한다고 설명한다. 맛 보존 및 맛 위반 과정을 분석함으로써, 이 모형이 현재 LHC 제약 조건 하에서도 유효하며, 맛 위반 효과가 1 테바전자볼트 이하로 억제된다는 것을 보여주며, 암시적 요크다이 쌍대성과 부분 복합성의 자연스럽고 맛 안전한 조화를 성공적으로 실현한다.

ABSTRACT

The top quark can be naturally singled out from other fermions in the Standard Model due to its large mass, of the order of the electroweak scale. We follow this reasoning in models of pseudo Nambu Goldstone Boson composite Higgs, which may derive from an underlying confining dynamics. We consider a new class of flavour models, where the top quark obtains its mass via partial compositeness, while the lighter fermions acquire their masses by a deformation of the dynamics generated at a high flavour scale. One interesting feature of such scenario is that it can avoid all the flavour constraints without the need of flavour symmetries, since the flavour scale can be pushed high enough. We show that both flavour conserving and violating constraints can be satisfied with top partial compositeness without invoking any flavour symmetry for the up-type sector, in the case of the minimal SO(5)/SO(4) coset with top partners in the four-plet and singlet of SO(4). In the down-type sector, some degree of alignment is required if all down-type quarks are elementary. We show that taking the bottom quark partially composite provides a dynamical explanation for the hierarchy causing this alignment. We present explicit realisations of this mechanism which do not require to include additional bottom partner fields. Finally, these conclusions are generalised to scenarios with non-minimal cosets and top partners in larger representations.

연구 동기 및 목표

• 계층 문제를 해결하는 데에 효과적인 복합 힉스 모형에 암시적 요크다이 쌍대성과 토프 부분 복합성을 통합할 수 있는지 탐색한다.
• 복합 상태와의 혼합으로 인한 토프 쿼크의 맛 위반 효과가 실험적 한계를 초과하지 않는지 평가한다.
• 스칼라 및 벡터 고유진동수의 역할을 통해 맛 위반 과정을 매개하고, 그들의 고에너지 근처 기여를 조사한다.
• 암시적 요크다이 쌍대성과 부분 복합성을 조합함으로써 자연스럽고 맛 안전한 모형이 어떻게 성공적으로 도출될 수 있는지 보여준다.

제안 방법

• 복합 세그먼트는 글로벌 대칭의 붕괴 패턴을 가진다. 이는 준노마부 골드스톤 보손인 힉스 보손을 생성한다.
• 토프 쿼크 질량은 부분 복합성에 의해 생성되며, 토프 쿼크가 전자약력 대칭 깨짐 세그먼트와 선형 결합을 통해 고질량 복합 페르미온과 혼합된다.
• 암시적 요크다이 쌍대성은 싱게트 스칼라 Φ와 벡터 고유진동수 Vμ를 통해 도입되며, 이들은 맛 보존적이지만 비일관된 혼합 강도를 가진 쿼크와 결합한다.
• 맛 위반 효과는 효율적 장 이론을 통해 계산되며, 고질량 고유진동수를 적분하여 차수 6 연산자를 유도한다.
• 혼합 각도와 결합 상수는 페르미온의 편미분 전개를 통해 계산되며, sϕL 및 cϕL은 혼합 스케일 M*와 진공 기대값 f로 정의된다.
• 맛 위반 연산자의 윌슨 계수는 D⁰–D̄⁰ 혼합 및 기타 과정에서의 실험적 제약과 비교된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 암시적 요크다이 쌍대성이 부분 복합성 프레임워크에 일관되게 통합될 수 있는가? 특히 큰 맛 위반 중성미온 상호작용을 유발하지 않는가?
• RQ2 톱 부분 복합성과 고유진동수 탐색과 같은 맛 보존 과정으로부터 모형에 어떤 제약이 가해지는가?
• RQ3 스칼라 및 벡터 고유진동수의 고에너지 근처 기여가 모형 내 맛 위반 과정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 특히 힉스 결합 상수와 맛 관측량에 대해 현재 LHC 데이터와 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• 차수 6 연산자 Q₄ᵘᶜ에 대한 효율적 윌슨 계수는 약 10⁻¹⁰/테바전자볼트²로 추정되며, 실험적 제약 이하로 매우 낮다.
• 벡터 고유진동수에 의해 매개되는 연산자 Q₁ᵘᶜ의 계수는 약 10⁻⁹/테바전자볼트²로, D⁰–D̄⁰ 혼합에서의 실험적 한계 이내에 안전하게 포함된다.
• 암시적 요크다이 쌍대성과 혼합 구조, M* 스케일 덕분에 맛 제약 조건 하에서도 모형이 유효하다.
• 크라이탈 성격의 결합과 모형 내 혼합 각도의 특별한 정렬 덕분에 상당한 맛 위반 효과가 없어진다.
• 모형은 정밀 조정이 필요 없이 가벼운 힉스 보손과 토프 쿼크 질량을 성공적으로 실현하며, 자연스러움과 맛 안전성을 유지한다.
• 결과적으로 암시적 요크다이 쌍대성과 부분 복합성이 일관되고 현상학적으로 타당한 프레임워크 내에서 공존할 수 있음을 보여준다.