[논문 리뷰] Spin-1 resonances in a non-linear left-right dynamical Higgs context

Juan Yepes|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 확장된 게이지 군 $SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes U(1)_{B-L}$를 갖는 비선형 왼쪽-오른쪽 대칭 전자약력 모형에서 경량의 동적 힉스를 포함한 스핀-1 공명의 완전하고 CP를 보존하는 효과적 장 이론을 수립한다. 무거운 오른쪽 수동 게이지 보손을 적분한 후 $p^4$ 차수에서 24개의 관련 차원-6 연산자를 규명하여, LHC 및 향후 충돌기에서 새로운 물리 현상을 테스트하기 위한 모형에 종속되지 않는 기초를 제공한다.

ABSTRACT

All the possible CP-conserving non-linear operators up to the $p^4$-order in the Lagrangian expansion are clearly and completely listed for the case of an emerging new physics field content in the nature, more specifically, from spin-1 resonances sourced by the straightforward extension of the SM local gauge symmetry to the larger local group $SU(2)_L\otimes SU(2)_R\otimes U(1)_{B-L}$, within a non-linear electroweak chiral context coupled to a light dynamical Higgs. The physical effects induced by integrating out the right handed fields from the physical spectrum are briefly analysed. The relevant set of effective operators have been identified at low energies.

연구 동기 및 목표

• 확장된 왼쪽-오른쪽 게이지 대칭성 $SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes U(1)_{B-L}$에서 유래하는 스핀-1 공명에 대해 모형에 종속되지 않는 효과적 장 이론(EFT)을 체계적으로 수립하는 것.
• 강한 동역학에서 유래하는 페시고르드 보손으로서의 경량 동적 힉스 보손을 비선형 전자약력 대칭 깨짐의 비선형 실현과 일관되게 포함시키는 것.
• EFT 전개의 $p^4$ 차수까지의 효과적 장 이론에서 게이지 보손과 힉스를 포함한 CP를 보존하는 차원-6 연산자의 완전한 집합을 규명하는 것.
• 무거운 오른쪽 수동 게이지 보손을 적분함으로써 유도되는 물리적 효과를 분석하고, 저에너지 효과적 결합에 집중하는 것.
• 이전의 왼쪽-오른쪽 대칭 모형에서의 결과를 일반화하고, 경량 힉스를 포함한 효과적 연산자 기반을 확장하는 UV 완전 효과적 장 이론 프레임워크를 제공하는 것.

제안 방법

• 강한 동역학으로 인한 골드스톤 보손과 관련된 비선형 $\sigma$-모형을 사용하여 $SU(2)_L$ 및 $SU(2)_R$의 비선형 구조를 기술하고, 별개의 스케일인 $f_L$ 및 $f_R$를 고려한다.
• 강한 부문의 비선형 성격을 유지하면서, 힉스 싱게틀 $h$를 $h/f_L$의 거듭제곱으로 비선형 칼라 라그랑지안에 결합한다.
• 효과적 라그랑지안의 체계적 $p^4$ 차수 전개를 수행하여, 모든 가능한 CP를 보존하는 게이지 및 게이지-힉스 연산자를 포함한다.
• 대칭성 축소와 운동 방정식(EOM)을 사용하여 중복된 연산자를 제거하며, 특히 질량이 없는 페르미온 근사에서의 중복성을 다룬다.
• 19개의 중복된 연산자를 제거한 후, 24개의 물리적 연산자로 이루어진 최소 독립 연산자 기반을 규명: 12개의 왼쪽 수동, 5개의 오른쪽 수동, 7개의 왼쪽-오른쪽 혼합 연산자.
• 남아 있는 연산자 계수를 바탕으로 $\gamma\gamma h$, $ZZh$, $WW h$, $Z\gamma h$ 등의 물리적 결합을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비선형 왼쪽-오른쪽 대칭 모형에서 경량 힉스를 포함한 효과적 장 이론의 완전하고 최소한의 CP를 보존하는 차원-6 연산자 집합은 무엇인가? ($p^4$ 차수까지)
• RQ2 오른쪽 수동 게이지 보손을 적분한 후, 힉스 보손의 벡터 보손($WW h$, $ZZ h$, $\gamma\gamma h$)으로의 결합은 효과적 연산자 계수에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 저에너지 효과적 이론에서 어떤 연산자가 중복되거나 무시 가능할 수 있으며, 특히 질량이 없는 페르미온 근사에서 어떤가?
• RQ4 왼쪽과 오른쪽 골드스톤 스케일($f_L$ 및 $f_R$) 사이의 계층성은 효과적 연산자 기반과 새로운 물리 보정의 크기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 더 큰 게이지 군과 동적 힉스를 포함하는 맥락에서, 이전의 저에너지 비선형 EFT의 UV 완성은 무엇인가?

주요 결과

• 논문은 비선형 왼쪽-오른쪽 모형에서 경량 힉스를 포함한 효과적 라그랑지안의 $p^4$ 차수에서 완전하고 최소한의 24개의 CP를 보존하는 차원-6 연산자 기반을 규명한다.
• 운동 방정식을 적용하고 중복된 연산자를 제거한 결과, 19개의 연산자가 물리적으로 비현실적이거나 무시 가능하며, 남은 12개의 왼쪽 수동, 5개의 오른쪽 수동, 7개의 왼쪽-오른쪽 혼합 연산자로 구성된다.
• 물리적 결합인 $g_6^{\gamma}$, $g_6^Z$, $g_6^{\gamma Z}$는 계수 $c_{9,L}$, $c_{16,L}$, $c_{13(2)}$를 통해 표현되며, $s_W$, $c_W$, $s_{2W}$에 명시적인 의존성을 갖는다.
• $hVV$ 결합, 즉 $WW h$, $ZZ h$, $\gamma\gamma h$는 연산자 $\mathcal{P}_{7,L}$, $\mathcal{P}_{9,L}$, $\mathcal{P}_{10,L}$의 선형 조합으로 결정되며, 후자 두 개는 분석에서 무시 가능하다.
• 효과적 연산자 기반은 이전의 저에너지 비선형 EFT, 예를 들어 Refs. Appelquist:1980vg, Longhitano:1980iz, Brivio:2013pma의 결과를 일반화하는 일반적인 UV 완성임을 보여준다.
• 무거운 오른쪽 수동 게이지 보손을 적분함으로써 새로운 물리 효과의 계층적 억제가 발생하며, 이는 $f_L/f_R$로 매개변수화되며, 저에너지에서 단순화된 연산자 기반을 초래함을 확인한다.