[논문 리뷰] Loop induced decays of the Little Higgs: H --> gg, gamma gamma

Tao Han, Heather E. Logan외 2명|arXiv (Cornell University)|2003. 02. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 22

한 줄 요약

이 논문은 룩스티 힉스 모형에서 고리에 의해 유도되는 힉스 붕괴 H → gg 및 H → γγ를 계산하며, 표준모형에서의 부분 붕괴율과의 편차가 f²에 반비례함을 보여준다. 여기서 f ∼ 테바는 새로운 물리 스케일이다. f = 1 테바일 경우, Γ(H → gg)는 6–10% 감소하고, Γ(H → γγ)는 5–7% 감소하며, 2σ 민감도에서 포톤 컬라이더는 f ≈ 1.1 테바까지 이러한 효과를 탐지할 수 있다.

ABSTRACT

We analyze the loop induced decays of the Higgs boson into pairs of gluons and photons in the Littlest Higgs model. We find that the deviation of the partial widths for these decays relative to their Standard Model values scales with 1/f^2, where f ~ TeV is the mass scale of the new heavy particles in the model. For f = 1 TeV, Gamma(H -> gg) is reduced by 6-10% and Gamma(H -> gamma gamma) is reduced by 5-7% compared to their Standard Model values. While the LHC and a linear e+e- collider would be sensitive to these deviations only for relatively low values of f <~ 650 GeV, a photon collider could probe the deviation in Gamma(H -> gamma gamma) up to f <~ 1.1 (0.7) TeV at the 2 (5) sigma level.

연구 동기 및 목표

• 룩스티 힉스 이론의 최소적 실현인 룩스티 힉스 모형에서 고리에 의해 유도되는 Higgs 붕괴 H → gg 및 H → γγ를 연구하기 위해.
• 이 모형에 존재하는 새로운 무거운 입자들(W_H±, T 쿼크, Φ±, Φ±±)이 표준모형 대비 이러한 붕괴의 부분 붕괴율에 어떻게 영향을 주는지 정량화하기 위해.
• 미래의 컬라이더—LHC, 선형 e+e− 컬라이더, 포톤 컬라이더—의 실험적 민감도가 이러한 편차를 어떻게 탐지할 수 있는지 평가하기 위해.
• 새로운 상태의 f에 의존하는 결합으로 인해 편차가 1/f²로 스케일링됨을 확립하며, 표준모형에서의 비분리 행동과 대비하기 위해.

제안 방법

• v/f에 대해 최고차수에서 룩스티 힉스 모형의 새로운 무거운 상태들(W_H±, T 쿼크, Φ±, Φ±±)의 질량과 힉스 결합을 유도한다.
• f, c, c_t, x로 매개변수화된 f에 의존하는 결합 y_i를 가진 효과적 라그랑지안을 사용하여 H → gg 및 H → γγ의 1-루프 진폭을 계산한다.
• 표준모형 입자들(예: 토퍼 쿼크)의 비분리 행동을 기준으로 삼으며, 이와 대비하여 LH 모형에서 새로운 상태들이 어떻게 분리되는지 분석한다.
• 새로운 상태의 수정된 힉스 결합을 반영하기 위해 수정된 피델리 상수 GF = 1/(√2 v² y_GF²)를 사용한다.
• y_i ∝ v²/f²인 억제 요소를 포함하여 부분 붕괴율의 해석적 및 수치적 평가를 수행한다.
• 통계적 유의성(2σ, 5σ)을 고려하여 다양한 컬라이더 유형에서 신호 강도 편차 ΔΓ/Γ_SM ∝ 1/f²를 사용하여 콜라이더 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 룩스티 힉스 모형에서 고리에 의해 유도되는 붕괴 H → gg 및 H → γγ는 표준모형 값에서 어떻게 다를까?
• RQ2 이러한 편차가 새로운 물리 스케일 f에 따라 어떤 기능적 의존성을 가지는가?
• RQ3 LHC, 선형 e+e− 컬라이더, 또는 포톤 컬라이더 중 어떤 미래 컬라이더가 이러한 편차를 탐지할 수 있으며, 어느 f 스케일까지 탐지 가능한가?
• RQ4 왜 룩스티 힉스 모형의 새로운 무거운 상태들은 f가 증가함에 따라 분리되는 반면, 표준모형에서는 그렇지 않은가?
• RQ5 힉스가 새로운 상태들과의 결합이 f에 따라 어떻게 스케일링되는가? 그리고 c, c_t, x 매개변수는 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• f = 1 테바일 경우, 표준모형 대비 Γ(H → gg)는 6–10% 감소한다.
• f = 1 테바일 경우, 표준모형 대비 Γ(H → γγ)는 5–7% 감소한다.
• 표준모형과는 달리, 새로운 무거운 상태의 f에 의존하는 결합으로 인해 편차가 1/f²로 스케일링된다. 이는 질량에 따라 스케일링되지 않는다.
• LHC와 선형 e+e− 컬라이더는 2σ 유의성에서 f < ∼650 기가볼트까지의 편차만 탐지할 수 있다.
• 포톤 컬라이더는 2σ에서 Γ(H → γγ)의 편차를 f < ∼1.1 테바까지 탐지할 수 있고, 5σ에서는 f < ∼0.7 테바까지 탐지 가능하다.
• 이중적으로 양전하를 가진 스칼라 Φ±±는 HΦ++Φ−− 결합이 매우 억제되어 (∝ v⁴/f⁴) 기여가 무시할 수 있어, 무시할 수 있다.