[논문 리뷰] Phenomenology of a left-right-symmetric model inspired by the trinification model

Jamil Hetzel|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 $SU(3)_C \times SU(3)_L \times SU(3)_R$ 게이지 군을 바탕으로 한 트리니피케이션 프레임워크에서 영감을 얻은 좌우 대칭 모형의 저에너지 현상론을 조사한다. 저에너지 효과적 장 이론을 구성함으로써 저자들은 정밀 측정과 직접 탐색을 통해 모형의 매개변수를 제약하고, 이 모형이 약 100 GeV의 질량을 가진 다수의 새로운 스칼라 입자를 예측하며, 표준모형에서 벗어난 허그스 결합의 측정 가능한 편차를 예측함을 발견하였다. 이는 향후 수년 내에 대형 하드론 충돌기에서 시험 가능하다.

ABSTRACT

The trinification model is an interesting extension of the Standard Model based on the gauge group $SU(3)_C imes SU(3)_L imes SU(3)_R$. It naturally explains parity violation as a result of spontaneous symmetry breaking, and the observed fermion masses and mixings can be reproduced using only a few parameters. We study the low-energy phenomenology of the trinification model in order to compare its predictions to experiment. To this end, we construct a low-energy effective field theory, thereby reducing the number of particles and free parameters that need to be studied. We constrain the model parameters using limits from new-particle searches as well as precision measurements. The scalar sector of the model allows for various phenomenological scenarios, such as the presence of a light fermiophobic scalar in addition to a Standard-Model-like Higgs, or a degenerate (twin) Higgs state at 126 GeV. We show how a measurement of the Higgs couplings can be used to distinguish such scenarios from the Standard Model. We find that the trinification model predicts that several new scalar particles have masses in the $\mathcal{O}\left(100 ext{ GeV} ight)$ range. Moreover, large regions of the parameter space lead to measurable deviations from Standard-Model predictions of the Higgs couplings. Hence the trinification model awaits crucial tests at the Large Hadron Collider in the coming years.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 $SU(3)_C \times SU(3)_L \times SU(3)_R$ 게이지 대칭을 통해 확장한 트리니피케이션 프레임워크에서 유도된 좌우 대칭 모형의 저에너지 현상론을 탐색하기 위해.
• 정밀 전자약력 측정, 새로운 입자에 대한 직접 탐색, 허그스 결합에 대한 실험적 한계를 통해 모형 매개변수를 제약하기 위해.
• 예를 들어 126 GeV에서의 무거운 허그스 상태나 페르미포브릭 스칼라와 같은 스칼라 부문의 특별한 현상론적 시나리오를 식별하기 위해.
• 표준모형 예측과의 허그스 결합 패tern의 편차를 통해 대형 하드론 충돌기에서의 모형의 시험 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 전체 트리니피케이션 모형에 비해 입자 수와 자유 매개변수 수를 줄이기 위해 저에너지 효과적 장 이론(LET)을 구성하기 위해.
• 두 개의 바이더블릿을 사용하여 스칼라 포텐셜을 유도하기 위해: $\Phi_1 \sim (\mathbf{1},\mathbf{\overline{2}},\mathbf{2},0)$ 와 $\Phi_R \sim (\mathbf{1},\mathbf{1},\mathbf{2},1)$, 진공 기대값은 $v_1 = v\cos\beta$, $b_1 = v\sin\beta$, 및 $M$ 으로 매개변수화하기 위해.
• 스칼라 포텐셜의 최소화 조건을 적용하여 차원이 있는 매개변수 $\mu^2_{11}, \mu^2_R, \mu^2_1$ 를 차원 없는 결합 상수 $\lambda_i$ 와 진공 기대값으로 표현하기 위해.
• 큰 필드 값에서 포텐셜을 분석하여 진공 안정성 조건을 도출하고, $\lambda_i$ 결합 상수에 대한 필요 조건을 유도하기 위해.
• 간소화된 LET 모형을 두 허그스 두중체 모형(2HDM)에 매핑하여 결합 패턴을 비교하고 구별 가능한 서명을 식별하기 위해.
• 벤치마크 점 스캔을 수행하고, 무거운 보존 입자 탐색, 전자약력 정밀도 데이터, 허그스 결합 측정 결과로부터의 실험적 한계를 사용하여 매개변수를 제약하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 트리니피케이션에서 영감을 얻은 좌우 대칭 모형의 저에너지 현상론적 예측은 무엇이며, 특히 새로운 스칼라 상태에 관해 어떤가요?
• RQ2 이 모형에서의 허그스 결합 수정은 표준모형과 어떻게 다를 수 있으며, 실험적으로 구별할 수 있을까요?
• RQ3 약 100 GeV의 질량을 가진 새로운 스칼라 입자가 존재할 수 있는 타당한 매개변수 영역는 무엇이며, 그들의 결합 특성은 어떠한가요?
• RQ4 정밀 측정과 직접 탐색을 통해 모형의 매개변수 공간은 어느 정도 제약을 받을 수 있나요?
• RQ5 현재 실험 데이터와 일치하면서도 126 GeV에서의 딱 맞는 투명한 허그스 상태를 수용할 수 있나요?

주요 결과

• 확장된 스칼라 부문으로 인해 질량이 $\mathcal{O}(100\text{ GeV})$ 범위에 있는 다수의 새로운 스칼라 입자가 모형에서 예측된다.
• 매개변수 공간의 광범위한 영역에서 표준모형 예측과의 허그스 결합 편차가 측정 가능하게 나타나며, 특히 $\gamma\gamma$, $ZZ$, 및 $WW$ 붕괴 채널에서 두드러진다.
• 표준모형 유사 허그스 외에 경량의 페르미포브릭 스칼라가 존재할 수 있으며, 이는 허그스 신호 강도 이상 현상으로 탐지될 수 있다.
• 126 GeV에서의 딱 맞는 투명한 허그스 상태는 타당한 시나리오로, 현재의 허그스 보손 질량 측정 결과와 실험적 한계와 일치한다.
• 진공 안정성 조건은 스칼라 결합 상수 $\lambda_i$ 에 비트리비얼한 제약을 가하며, 타당한 매개변수 공간을 제한한다.
• 이 모형은 향후 수년 내에 대형 하드론 충돌기에서 시험 가능하며, 주요 서명은 수정된 허그스 결합과 추가적인 스칼라 공진이 나타난다.