[논문 리뷰] Nonstandard Higgs in Electroweak Chiral Lagrangian

Liming Wang, Qing Wang|arXiv (Cornell University)|2006. 05. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 선형 및 비선형 실현 방식으로 Higgs를 포함하는 일반적인 효과 이론을 구성함으로써, 비표준 Higgs 보손이 전자약력 카이랄 라그랑지안(EWCL)에 미치는 영향을 조사한다. 일중 매칭 기법을 사용하여, $p^4$-차수 EWCL에서 $γ_{h\to WW}$ 및 $γ_{h\to ZZ}$를 통해 기술할 수 있는, $τ_5$, $τ_7$, $τ_{10}$ 세 가지 항만이 Higgs 기여를 크게 받으며, Higgs 질량 의존성이 $p^4$ 차수까지 비분리 행동을 보여줌을 밝혀낸다.

ABSTRACT

We add a nonstandard higgs into the traditional bosonic part of electroweak chiral Lagrangian, in purpose of finding out the contribution to EWCL coefficients from processes with internal line higgs particle. To construct the effective Lagrangian with higgs, we use low energy expansion scheme and write down all the independent terms conserving $SU(2) imes U_Y(1)$ symmetry in the nonlinear representation which we show is equivalent to the linear representation. Then we integrate out higgs using loop expansion technique at 1-loop level, contributions from all possible terms are obtained. We find three terms, $\mathcal{L}_5$, $\mathcal{L}_7$, $\mathcal{L}_{10}$ in EWCL are important, for which the contributions from higgs can be further expressed in terms of higgs partial decay width $Γ_{h o ZZ}$ and $Γ_{h o WW}$. Higg mass dependence of the coefficients in EWCL are discussed.

연구 동기 및 목표

• 비표준 Higgs 보손이 저에너지에서 전자약력 카이랄 라그랑지안(EWCL)의 계수에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 선형 및 비선형 표현 방식 모두에서 $SU(2)\times U_Y(1)$ 대칭성을 유지하는 Higgs 장을 포함하는 일반적인 효과 이론을 구축하는 것.
• 일중 전개 기법을 사용하여 EWCL의 $p^2$ 및 $p^4$ 항에 대한 Higgs의 기여를 계산하는 것.
• 결과로 얻어진 계수 이완을 측정 가능한 Higgs 붕괴 폭 $γ_{h\to WW}$ 및 $γ_{h\to ZZ}$ 로 표현하는 것.
• 이 계수들의 Higgs 질량 의존성을 분석하여, 특히 $p^4$ 차수에서의 비분리 행동의 부재를 규명하는 것.

제안 방법

• Higgs 장, 게이지 보손, 골드스톤 보손을 포함하는 일반적인 효과 라그랑지안(EEWCL)을 구성하고 $SU(2)\times U_Y(1)$ 대칭성을 유지하는 것.
• Higgs의 비선형 실현 방식을 사용하여 EEWCL 내 모든 독립적인 $p^4$-차수 상호작용 항을 기술하는 것.
• 효과 이론 수준에서 선형 및 비선형 Higgs 표현 방식 간의 등가성을 보여주는 것.
• 중량 Higgs를 통합하기 위해 일중 매칭 기법과 일중 전개 기법을 적용하여 표준 EWCL 계수에 대한 Higgs의 기여를 계산하는 것.
• 결과로 얻어진 $p^4$-차수 계수 $τ_5$, $τ_7$, $τ_{10}$ 의 이완을 $γ_{h\to WW}$ 및 $γ_{h\to ZZ}$ 로 표현하는 것.
• 계수들의 Higgs 질량 의존성을 분석하여, $p^4$ 차수까지 비분리 행동이 존재함을 보여주는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $p^4$-차수 전자약력 카이랄 라그랑지안에서 무거운 Higgs 보손으로부터의 일중 기여를 크게 받는 항은 무엇인가?
• RQ2 Higgs에 의한 EWCL 계수 이완은 $γ_{h\to WW}$ 및 $γ_{h\to ZZ}$ 와 같은 물리적 관측 가능량으로 표현될 수 있는가?
• RQ3 Higgs 질량은 EWCL 계수에 어떻게 영향을 미치며, $m_h \to \infty$ 극한에서 $p^4$ 차수에서 Higgs가 분리되는가?
• RQ4 표준 모형 Higgs는 일반적인 비표준 Higgs 커플링의 EEWCL 프레임워크 내에서 특수한 경우인가?
• RQ5 Higgs는 T 및 S 매개변수를 어떻게 수정하며, 이는 Higgs 질량에 따라 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 전자약력 카이랄 라그랑지안의 $p^4$-차수 항 중에서 $τ_5$, $τ_7$, $τ_{10}$ 세 항만 비표준 Higgs로부터 유의미한 일중 기여를 받는다.
• 이 계수에 대한 Higgs의 기여는 측정 가능한 부분 붕괴 폭 $γ_{h\to WW}$ 및 $γ_{h\to ZZ}$ 로 완전히 기술될 수 있으며, 효과 이론과 측정 가능한 양 사이의 연결 고리를 제공한다.
• T 매개변수는 Higgs 질량이 증가함에 따라 감소하며, 표준 모형의 예측과 일치하고 데이터 피팅 결과와도 부합한다.
• S 매개변수 수정항은 $m_h^2$ 에 대해 음의 도함수를 가지며, 표준 모형에서 더 무거운 Higgs일수록 데이터와의 일치도가 향상됨을 시사한다.
• Higgs는 $p^4$ 차수에서 저에너지 효과 이론에서 분리되지 않으며, $p^4$-차수 항에서 $m_h^{-1}$ 억제가 없기 때문에 비분리 효과가 지속된다.
• 표준 모형 극한에서 유도된 계수의 Higgs 질량 의존성은 기존의 알려진 결과와 일치하여, 이 프레임워크의 일관성을 확인한다.