[논문 리뷰] Radiatively Induced Spontaneous Symmetry Breaking by Wilson Line in a Warped Extra Dimension

Hisaki Hatanaka|ArXiv.org|2007. 12. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 랜들-선드럼 모형에서 윌슨 선 위상에 의해 유도된 복사에 의한 대칭성 자발적 깨짐 메커니즘을 고려한 비틀린 추가 차원에서 제안한다. 복사 기반 페르미온과 스칼라를 비틀린 경계 조건과 함께 도입함으로써, 모델은 동적으로 힉스 유사 스칼라를 생성하고, $m_Z/m_W$ 비율을 실험적 값 1.13으로 조정하며, 매개변수 조정을 통해 힉스 질량을 0에서 290 GeV 사이로 변화시킬 수 있다.

ABSTRACT

We investigate the dynamical gauge-Higgs unification in the Randall-Sundrum (RS) space-time. We study the dynamical gauge-Higgs unification in the SU(2) gauge theory with a bulk fermion in the RS space-time. We evaluate the contribution from fermion loop to the one-loop effective potential with respect to the Wilson-line phase, and study the dynamical gauge symmetry breaking. We also apply this mechanism of the gauge symmetry breaking to the electroweak gauge-Higgs unification in the RS space-time. Especially we numerically studied a SU(3)_w gauge model as a toy model of electroweak gauge-Higgs unification in the RS space-time. We introduce an adjoint fermion into the model to break the gauge symmetry and to obtain the U(1)_em electromagnetic symmetry. We found that in this model the ratio of Z-boson mass to W-boson varies with respect to the Wilson-line phase even at the tree level. We also propose a dynamical mechanism of tuning the ratio m_Z/m_W to the experimental value 91.2GeV/80.4GeV=1.13 by introducing bulk scalars or bulk fermions with twisted boundary conditions. In these models the Higgs can vary in mass between zero and 290GeV.

연구 동기 및 목표

• 계층 문제를 다루고, 비틀린 추가 차원 프레임워크에서 전자약 대칭을 동적으로 깨뜨리는 것.
• 플랫한 추가 차원 모형의 한계, 즉 너무 작은 힉스 질량과 유니버설 페르미온 질량을 극복하는 것.
• 비틀린 경계 조건을 가진 복사 기반 페르미온과 스칼라를 사용하여, 랜들-선드럼 모형에서 현실적인 전자약 가우지-힉스 통합을 실현하는 것.
• 양자 보정을 통해 $m_Z/m_W$ 비율을 관측된 값 1.13로 동적으로 조정하는 것.
• 윌슨 선 위상과 효과적 포텐셜 최소화가 질량 계층과 대칭 깨짐을 생성하는 데 미치는 영향을 탐색하는 것.

제안 방법

• 랜들-선드럼 비틀린 시공간에서 복사 기반 페르미온을 가진 5차원 $SU(2)$ 게이지 이론을 수립한다.
• 윌슨 선 위상에 대한 일중 효과적 포텐셜을 계산하여 대칭 깨짐의 동적 메커니즘을 연구한다.
• 첨가 표현 페르미온을 가진 $SU(3)_w$ 게이지 모형을 도입하여 대칭을 $U(1)_{\text{em}}$ 으로 깨뜨리고, $W$ 및 $Z$ 보존을 생성한다.
• 복사 기반 페르미온과 스칼라에 비틀린 경계 조건을 적용하여 $m_Z/m_W$ 비율을 동적으로 조절한다.
• 카우자-클라인 모드 질량에 대한 근사 공식을 $\bar{\mu}$ 함수와 $m_{KK}$ 스케일 기반으로 사용한다.
• 실험적 값과 일치시키기 위해 $m_Z/m_W$ 가 윌슨 선 위상과 경계 조건에 따라 어떻게 의존하는지 수치적으로 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비틀린 추가 차원 모형에서 $m_Z/m_W$ 비율이 실험적 값 1.13으로 동적으로 조정될 수 있는가?
• RQ2 비틀린 경계 조건을 가진 복사 기반 페르미온과 스칼라는 효과적 포텐셜과 대칭 깨짐에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 동적 게이지-힉스 통합 프레임워크에서 얻을 수 있는 힉스 질량의 범위는 무엇인가?
• RQ4 윌슨 선 위상은 나무 수준과 양자 수준에서 $W$ 및 $Z$ 보존 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 모델이 현실적인 페르미온 질량 계층을 재현하고 유니버설 결합을 피할 수 있는가?

주요 결과

• $SU(3)_w$ 모형에서 나무 수준에서도 윌슨 선 위상에 따라 $m_Z/m_W$ 비율이 변하므로, 동적 조정 메커니즘이 가능하다는 것을 보여준다.
• 비틀린 경계 조건을 가진 복사 스칼라 또는 페르미온을 도입함으로써, $m_Z/m_W$ 비율을 실험적 값 1.13로 조정할 수 있다.
• 힉스 질량은 모델 매개변수와 경계 조건에 따라 0에서 290 GeV 사이로 동적으로 변할 수 있음을 발견하였다.
• 작은 복사 기반 질량을 가진 페르미온은 고차원 게이지 대칭으로 인해 이차 발산이 없음에도 불구하고, 콜레먼-바이너그 메커니즘과 유사하게 효과적 포텐셜에 큰 기여를 한다.
• 이 모델은 경량 페르미온(작은 복사 기반 질량)이 무거운 카우자-클라인 모드를 가질 수 있음을 보여주며, 플랫한 추가 차원에서 관찰되는 행동과는 반대되는 경향을 보인다.
• 근사 공식은 $\bar{\mu} \ll m_{KK}$ 일 때 유효하지만, $\alpha \sim 1/2$ 근처에서는 수치적 그림에서의 편차가 발생함을 보여준다.