[논문 리뷰] Standard Model with a distorted Higgs sector and the enhanced Higgs diphoton decay rate

Archil Kobakhidze|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 SU(2)×U(1)에 대해 힉스를 단일 표현으로 가지는 비선형 대칭 실현을 제안하며, CP 위반 힉스-톱 쿠퍼링을 도입함으로써 힉스 이중광자 붕괴 확률을 증가시키되, 힉스 생성 메커니즘은 변화시키지 않는다. 모형은 다양한 CP 위반 위상에서 μγγ ≈ 1.5–2.0의 신호 강도를 달성하며, 표준모형(SM) 값 이하로 토프-유카와 상수를 낮춰 진공 안정성 문제를 해결한다.

ABSTRACT

We propose a theoretical justification for the anomalous Higgs couplings without extending the particle content of the Standard Model, but rather assuming different realization of the electroweak symmetry and the representation of the Higgs field. Namely, the electroweak symmetry in our model is non-linearly realised with the Higgs field residing in the singlet representation of the electroweak gauge group. Within this framework we identify the simplest scenario with CP-violating Higgs-top coupling which explains the enhanced rate of $h oγγ$, while the Higgs production cross section is unaffected. Remarkably, this can be achieved with a reduced strength of the Higgs-top Yukawa coupling, $| y_t|

연구 동기 및 목표

• 새로운 입자나 대칭을 도입하지 않고도 관측된 힉스 이중광자 붕괴 확률 증가(μγγ ≈ 1.5–2)를 설명하기 위해.
• 붕괴 확률의 변화에도 불구하고 글루온 융합을 통한 힉스 생성 확률가 표준모형(SM) 수준을 유지하기 위해.
• 125–126 GeV의 힉스 보손에 대해 표준모형 값 이하로 토프-유카와 상수를 낮춤으로써 전자약력 진공 안정성 문제를 해결하기 위해.
• 히iggs-톱 섹터에서의 CP 위반을 통해 전자약력 비어로지너시스의 새로운 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• SU(2)×U(1) 전자약력 게이지 대칭의 비선형 실현을 가정하며, 힉스 장 ρ가 게이지 군에 대해 단일 표현으로 변환된다.
• 복소 위상 α를 포함한 토프-유카와 상호작용 항을 통해 CP 위반 힉스-톱 유카와 쿠퍼링을 도입하며, 이는 cos(α)로 매개변수화된다.
• 비제로 진공 기대값 ⟨ρ⟩ = v ≈ 246 GeV를 가지는 Higgs 포텐셜 V = (μ²/2)ρ² + (σ/3)ρ³ + (λ/4)ρ⁴를 구성한다.
• m_h² = ∂²V/∂ρ²|ρ=v를 통해 물리적 힉스 질량을 유도하며, 게이지 상호작용이 표준모형과 일치하도록 보장한다.
• 효과 라그랑지안을 사용해 이중광자 붕괴 확률을 계산하며, CP-짝성 및 CP-홀드 힉스-톱 및 W 보손 루프 기여를 포함한다.
• 생성률 비율 σ(gg→h)/σ_SM(gg→h) ≈ 1을 만족시키기 위해 토프-유카와 상수 강도를 제약 조건으로 설정함으로써 |y_t| < |y_t^SM|를 이끌어낸다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 새로운 입자나 확장된 게이지 대칭 없이도 증가된 힉스 이중광자 붕괴 확률을 설명할 수 있는가?
• RQ2 이중광자 붕괴 확률이 증가하는 동안에도 힉스 생성 확률가 표준모형 수준을 유지할 수 있는가?
• RQ3 CP 위반 힉스-톱 쿠퍼링이 관측된 μγγ ≈ 1.5–2.0을 일관되게 설명할 수 있는가?
• RQ4 이 모형에서 감소된 토프-유카와 상수가 전자약력 진공 안정성 문제를 완화시킬 수 있는가?
• RQ5 히iggs 섹터에서의 CP 위반으로 인해 이 모형이 전자약력 비어로지너시스에 실현 가능할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 cos(α)의 범위 −0.64 < cos(α) < 0.41에서 μγγ ≈ 1.5–2.0의 이중광자 신호 강도를 달성하며, 현재 LHC 데이터와 일치한다.
• 토프-유카와 상수는 표준모형 값의 62%–72%로 감소하며, |y_t/y_t^SM| ≈ 0.62–0.72로, CP 위반 위상에 따라 달라진다.
• 표준모형에서 h̄tt와 hWW 기여 간의 간섭이 감소하거나 반전되어, 이중광자 붕괴를 강화하는 상호간섭이 발생한다.
• 모형은 힉스-톱 쿠퍼링에 비제로 CP-홀드 성분을 예측하며, 이는 표준모형의 W 보손 루프와 간섭 없이 이중광자 붕괴에 긍정적으로 기여한다.
• 표준모형 수준의 힉스 생성률을 유지하기 위해 토프-유카와 상수를 표준모형 값 이하로 제약 조건을 둠으로써, 이중광자 붕괴 확률 증가를 유지한다.
• 히iggs-톱 섹터에서의 CP 위반으로 인해 전자약력 비어로지너시스에 실현 가능한 메커니즘이 제공되며, 관측된 비어로지어 비대칭을 생성할 잠재력이 있다.