[논문 리뷰] Far from standard Higgs couplings

Bob Holdom|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 126 GeV 보손이 표준모형 힉스 보손이 아니며, W 및 Z 보손과의 결합이 크게 감소하고 글루온 융합 생성이 강화된 경우가 가능할 수 있음을 조사한다. 2013년 4월 기준 LHC 데이터에 대한 글로벌 피팅을 통해 이러한 비표준 결합이 실험적 제약과 일치함을 보이며, 특히 새로운 물리학(예: 무거운 카이랄 페르미온)이 글루온 융합 비율을 증가시키고 W/Z 결합을 억제함으로써 표준모형을 초월한 자연스러운 전자약력 대칭 붕괴 메커니즘을 열어놓는다.

ABSTRACT

In this short note we consider a permitted region in the space of couplings of the 126 GeV boson that extends far away from the standard model Higgs couplings. This region is of interest for more natural models of electroweak symmetry breaking. Stronger evidence of vector boson fusion and/or associated production is needed to eliminate this possibility.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 관측된 126 GeV 보손이 표준모형(SM) 값과 크게 다를 수 있는 결합을 가질 수 있는지 평가하기 위해.
• 강화된 글루온 융합 생성과 감소된 W/Z 결합이 현재의 데이터와 모순되지 않고 공존할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 특히 무거운 카이랄 페르미온이나 CP 위반 다중히iggs 모델과 같은 새로운 물리학을 포함한 비히iggs적 해석이 126 GeV 상태에 대해 타당한지 평가하기 위해.
• 현재 LHC 데이터가 힉스 결합의 큰 이탈, 특히 W 및 Z 보손과의 이탈을 배제할 수 있는지 판단하기 위해.
• 벡터 보손 융합 및 관련 생성이 결합 피팅에서 디제너레이션을 깨는 데 어떤 역할을 하는지 밝혀내기 위해.

제안 방법

• 2013년 4월 기준 ATLAS 및 CMS 데이터에 대한 글로벌 피팅을 HiggsSignals 1.0을 사용하여 수행하였으며, 힉스 보손 질량은 125.7 GeV로 고정하였다.
• 글루온 융합 결합 계수 $g_{gg}$와 $\gamma\gamma$, $VV$, $\tau\tau$ 결합에 공통으로 쓰이는 계수 $g_X$의 이중 매개변수 피팅을 수행하였다.
• 삼중 매개변수 피팅은 $g_{gg}$, $g_{\gamma\gamma}$, $g_{VV}$를 독립적으로 고려하였으며, $g_{\tau\tau}$는 $g_{\gamma\gamma}$와 $g_{VV}$의 평균으로 설정하였다.
• 기타 결합의 평면에서 $\Delta\chi^2$ 분포를 탐색하기 위해 고정된 $g_{gg}$ 값(예: 1 및 3)을 사용한 추가 피팅을 수행하였다.
• 포괄적인 $H\to\gamma\gamma$ 데이터도 분류된 결과와 비교하기 위해 사용하였다.
• 바닥 쿼크 결합 변화의 영향을 평가하기 위해 $g_{bb}$, $g_{gg}$, $g_X$를 포함한 별도의 삼중 매개변수 피팅을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 데이터와 일치하는 조건에서 126 GeV 보손이 W 및 Z 보손과의 결합을 크게 감소시킬 수 있는가?
• RQ2 감소된 W 및 Z 결합과 함께 강화된 글루온 융합 생성이 실험적 제약을 위반하지 않고 공존할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ3 글루온 융합이 주요 생성 메커니즘일 경우 힉스 결합의 결정에서 디제너레이션 현상이 발생하는가, 그리고 다른 생성 모드가 이 디제너레이션을 깰 수 있는가?
• RQ4 이러한 비표준 결합이 전자약력 대칭 붕괴 모델에 미치는 영향은 무엇인가, 특히 새로운 무거운 카이랄 페르미온을 포함한 경우에 대해 설명하라.
• RQ5 작은 스칼라 성분을 가진 주로 페시터 상태인 경량 상태가 126 GeV에서 관측된 힉스 유사 성질을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• ATLAS 및 CMS 데이터에 대한 글로벌 피팅 결과, 최적 피팅 점은 $g_{gg} = 0.87$ 및 $g_X = 0.98$이며, $\chi^2/{\rm ndf} = 26.4/34$로, 표준모형 점에서 멀리 떨어진 매개변수 영역이 여전히 데이터와 일치함을 나타낸다.
• 삼중 매개변수 피팅에서 $g_{gg}$, $g_{\gamma\gamma}$, $g_{VV}$를 고려한 결과, 전역 최소는 $g_{gg} = 0.86$, $g_{\gamma\gamma} = 1.06$, $g_{VV} = 0.96$이며, $\chi^2/{\rm ndf} = 25.8/33$로, 비표준 결합이 여전히 타당함을 보여준다.
• 삼중 매개변수 피팅에서 1σ 등고선은 $g_{VV}$가 0.85까지 낮아질 수 있는 값을 포함하고 있어, W 및 Z 결합이 실험 데이터와 모순되지 않게 크게 감소시킬 수 있음을 시사한다.
• 포괄적인 $H\to\gamma\gamma$ 데이터를 사용한 결과, 표준모형 점은 2σ 등고선 위에 있으며, 전역 최소는 $g_{gg} = 0.88$, $g_{\gamma\gamma} = 1.22$, $g_{VV} = 0.95$이며, $\chi^2/{\rm ndf} = 18.6/14$로, 비표준 결합의 타당성을 더욱 뒷받침한다.
• 자유로운 $b\bar{b}$ 결합을 允허한 피팅 결과, 전역 최소는 $g_{bb} = 0.84$, $g_{gg} = 0.81$, $g_X = 0.93$이며, $\chi^2/{\rm ndf} = 26.3/33$로, 바닥 쿼크 결합 역시 감소시킬 수 있음을 보여준다.
• 결과는 특히 표준모형 값에서 크게 떨어진 결합, 특히 표준모형 강도의 약 1/3 수준의 W 및 Z 결합이 배제되지 않음을 시사하며, 이는 126 GeV 상태의 기원이 비히iggs적일 가능성을 시사한다.