[논문 리뷰] Higgs production and decay in the little Higgs model

Claudio Dib, R. Rosenfeld외 1명|ArXiv.org|2003. 02. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 11인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 라이틀 힉스 모형에서 힉스 보손의 생성 및 붕괴를 조사하며, LHC에서의 이重 힉스 보손 생성과 부분 붕괴 폭 Γ(H→γγ)에 초점을 맞춘다. 단순 추정치는 보정 항이 (v/f)⁴ 비례함을 시사하여 무시 가능하다고 보지만, 간섭 및 혼합 효과를 고려할 경우 기여도는 (v/f)² 비례로 증가하여, 여전히 f > 3.5 TeV일 경우 작지만 관측 가능성은 향상된다.

ABSTRACT

We analyse the consequences of the little Higgs model for double Higgs boson production at the LHC and for the partial decay width of the Higgs into two photons. In particular, we study the sensitivity of these processes in terms of the parameters of the model. We find that the little Higgs model contributions are proportional to (v/f)^4 and hence do not change significantly either single or double Higgs production at hadron colliders or the partial decay width of the Higgs into two photons as compared to the standard model predictions. However, when interference and mixing effects are properly taken into account these contributions increase to be of the order of (v/f)^2.

연구 동기 및 목표

• 라이틀 힉스 모형이 LHC에서의 힉스 보손 쌍 생성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 모형이 부분 붕괴 폭 Γ(H→γγ)에 기여하는 정도를 평가하기 위해.
• 이러한 과정들이 모형의 매개변수, 특히 f와 λ에 얼마나 민감한지 결정하기 위해.
• 모형의 새로운 물리 기여가 현재 또는 향후 충돌기 실험에서 관측 가능한지 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 라이틀 힉스 모형을 기술하기 위해 SU(5)/SO(5) 코셋 기반의 비선형 시그마 모형 라그랑지안을 사용한다.
• 장 Σ를 그 진공 기대값 주변에서 전개하여 이론을 선형화하고, 힉스 보손 H 및 무거운 벡터 보손 WH, ZH와 같은 물리적 상태를 식별한다.
• 글루온 융합를 통한 힉스 쌍 생성의 진폭을 계산하며, 커플링 gHHt̃t̃ ∝ 1/f인 무거운 토퍼 유사 페르미온 교환으로 인한 새로운 기여를 포함한다.
• W±L, W±H 및 기타 양전자들을 포함한 루프 기여를 합산하여 Γ(H→γγ)의 부분 붕괴 폭을 평가하며, WH에서의 반대 부호 기여를 주목한다.
• √s = 14 TeV에서 총 단면적을 계산하기 위해 CTEQ6L1 글루온 분포 함수와의 콘볼루션을 적용한다.
• 빛과 무거운 상태 간의 간섭 및 혼합 효과를 고려하여, (v/f)⁴에서 (v/f)²로 효과적인 기여도가 증가함을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라이틀 힉스 모형은 표준모형에 비해 Γ(H→γγ)의 부분 붕괴 폭에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 라이틀 힉스 모형은 LHC에서의 이중 힉스 보손 생성에 기여하는 정도는 어떠한가?
• RQ3 빛과 무거운 상태 간의 간섭 및 혼합 효과는 새로운 물리 기여의 나이브한 (v/f)⁴ 스케일링을 어떻게 변화시키는가?
• RQ4 실제 f 값에 대해 LHC에서 모형의 영향이 관측 가능한가?
• RQ5 히iggs 쌍 생성 단면적은 스케일 f와 페르미온 질량 m̃t에 따라 어떻게 의존하는가?

주요 결과

• Γ(H→γγ)와 이중 힉스 생성에 대한 나이브 기여는 (v/f)⁴ 비례하므로, f > 3.5 TeV일 경우 무시 가능하다.
• 간섭 및 혼합 효과를 정확히 포함할 경우 효과적인 기여도는 (v/f)² 비례로 증가하여 관측 가능성은 크게 향상된다.
• f = 2 TeV일 경우, 라이틀 힉스 기여는 Higgs 쌍 생성 단면적 σLH = 6 × 10⁻³ fb이며, 표준모형 기여인 38 fb에 비해 4개의 자리수만큼 작다.
• 라이틀 힉스 모형에서의 Higgs 쌍 생성 단면적은 힉스 질량에 대해 약하게 의존하며, f⁻⁴ 비례로 스케일링된다.
• f > 3.5 TeV일 경우, 표준모형에서의 편차는 0.001% 미만일 것으로 예상되며, 향후 충돌기에서 관측 가능할 가능성은 낮다.
• 현재 실험적 한계보다 훨씬 낮은 f 값이 아닐 경우, 모형의 새로운 물리 기여는 여전히 감지하기에 너무 작다.