[논문 리뷰] Higgs two-gluon decay and the top-quark chromomagnetic moment

Lance Labun, Johann Rafelski|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 top 쿼크의 색자기모멘트 $\kappa_t$와 그것이 힉스 보존의 두 글루온으로 붕괴율($h \to gg$)에 끼치는 영향을 조사한다. 효과적 라그랑지안 접근법을 사용하여, $\mathcal{L}_{hgg}$의 주요 차수 상호작용에서 $\kappa_t$에 대한 의존성을 유도한다. 이는 $\kappa_t = 2$에서의 표준모형 예측에서 붕괴율이 최대 9% 감소함을 보여주며, top-bottom 간섭으로 인해 $\kappa_t \approx \pm 1.2$ 근처에서 거의 완전한 상쇄가 발생함을 시사한다.

ABSTRACT

We study the top quark chromomagnetic factor $κ_t$-dependence of the effective interaction ${\cal L}_{hgg}$ and apply the result to the case of Higgs two gluon decay rate $Γ_{h o gg}$. Perturbative standard model provides $κ_t< 2$, and for the standard model value $Γ_{h o gg}(κ_t)$ is suppressed by 9% as compared to $κ_t= 2$. We further show that in the leading order $Γ_{h o gg}$ for $κ_t\simeq \pm 1.2$ can be very small due to complete cancelation between the top and bottom quark fluctuations. We discuss the extension of our results to $κ_t>2$ and consider potential paths to obtain experimental information for the $h o gg$ rate.

연구 동기 및 목표

• Higgs-두글루온 붕괴율 $\Gamma_{h\to gg}$ 가 top 쿼크의 색자기모멘트 $\kappa_t$에 어떻게 의존하는지 정량화하는 것.
• 효과적 라그랑지안 $\mathcal{L}_{hgg}$ 를 $\kappa_t \neq 2$ 에도 확장하고, 해당하는 $b_0(\kappa_t)$ 계수를 유도하는 것.
• $\kappa_t$-의존성의 의미를 표준모형을 초월한 뉴 피ysics 탐색에 대해 탐색하는 것.
• $\Gamma_{h\to gg}$ 가 top 쿼크의 구조와 잠재적 복합성 탐지 수단으로서의 가능성을 평가하는 것.

제안 방법

• 두 번째 순서 페르미온 이론를 사용하여 효과적 상호작용 $\mathcal{L}_{hgg}$ 를 유도하며, 차원-4 연산자를 통해 top 쿼크의 색자기모멘트 $\kappa_t$ 를 포함한다.
• QCD $\beta$-함수에서 주요 차수 계수 $b_0(\kappa_t)$ 를 계산하여, $h\to gg$ 진폭을 지배하는 $\kappa_t$ 의 함수로 표현한다.
• 저에너지 정리( low-energy theorem )를 사용하여 top 및 bottom 쿼크 루프를 포함한 진공 분극도 다이어그램과 $hgg$ 상호작용을 연결한다.
• 두 번째 순서 이론에서 유도된 두 글루온 점을 고려하여, 비최소적 top-글루온 상호작용을 반영하기 위해 그림 1의 추가 다이어그램 (c) 를 포함한다.
• top 및 bottom 쿼크 루프 간의 간섭을 포함하여 붕괴 진폭의 $\kappa_t$-의존성을 평가한다.
• 형식을 적용하여 $h\to gg$ 붕괴율과 그 $\kappa_t$ 의존성, 포함된 상쇄점 등을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Higgs-두글루온 붕괴율 $\Gamma_{h\to gg}$ 는 top 쿼크의 색자기모멘트 $\kappa_t$ 에 어떻게 의존하는가?
• RQ2 효과적 $\mathcal{L}_{hgg}$ 라그랑지안에서 $\kappa_t \neq 2$ 인 경우 $b_0(\kappa_t)$ 계수의 기능적 형태는 무엇인가?
• RQ3 top 및 bottom 쿼크 루프 간의 간섭이 특정 $\kappa_t$ 값에서 $h\to gg$ 붕괴율을 거의 0으로 줄일 수 있는가?
• RQ4 $\Gamma_{h\to gg}$ 의 $\kappa_t$-의존성은 LHC에서의 힉스 생성 및 붕괴 측정 결과의 해석에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 $\Gamma_{h\to gg}$ 는 표준모형을 초월한 뉴 피ysics 탐지에 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 표준모형 예측에서 $\Gamma_{h\to gg}$ 는 $\kappa_t = 2$ 일 때 가상의 $\kappa_t = 2$ 경우에 비해 9% 감소한다.
• $\kappa_t \approx \pm 1.2$ 에서 top 및 bottom 쿼크 루프 기여의 완전한 간섭으로 인해 $h\to gg$ 붕괴율이 강하게 억제된다.
• 주요 차수 $h\to gg$ 붕괴 진폭은 $\kappa_t$ 에 매우 민감하며, 효과적 상호작용 $\mathcal{L}_{hgg}$ 는 명시적으로 $b_0(\kappa_t)$ 에 의존한다.
• $\Gamma_{h\to gg}$ 의 $\kappa_t$-의존성은 $m_t$ 초과 에너지 스케일에서의 top 쿼크 구조와 잠재적 뉴 피ysics를 직접적으로 탐지할 수 있는 수단을 제공한다.
• 정밀한 $\Gamma_{h\to gg}$ 측정은 top 쿼크의 색자기모멘트를 높은 민감도로 제약할 수 있으며, 복합성 또는 뉴 피ysics 효과를 드러내는 데 기여할 수 있다.
• 이 연구는 $\kappa_t$-의존적 수정이 제네릭한 4세대 쿼크에 의해 상쇄될 수 있으며, $\kappa_t$ 가 독립적으로 측정되지 않는 한 제약력이 약화됨을 시사한다.