[논문 리뷰] TASI Lectures on Electroweak Symmetry Breaking from Extra Dimensions

Csaba Csáki, Jay Hubisz외 1명|ArXiv.org|2005. 10. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 29인용 수 53

한 줄 요약

이 논문은 추가 차원에서의 힉스 없는 전자기대칭 깨짐 모델에 대한 교육적 소개를 제공한다. 여기서 힉스 메커니즘은 5차원 시공간에서 게이지 장과 페르미온 장의 경계 조건에 의해 대체된다. 이러한 모델이 비틀림 기하학과 페르미온의 국소화를 통해 단위성과 정밀 전자기대칭 제약 조건을 유지할 수 있음을 보여주며, 테바 스케일에서 검증 가능한 서명을 가진 표준모형 힉스 보손의 타당한 대안을 제공한다.

ABSTRACT

This is a pedagogical introduction into the possible uses and effects of extra dimensions in electroweak (TeV scale) physics, and in particular to models of electroweak symmetry breaking via boundary conditions ("higgsless models"). It is self contained: all the aspects of extra dimensional and electroweak physics used here are reviewed, before we apply these concepts to higgsless models. In the first lecture gauge theories in an extra dimension and on an interval are discussed. In the second lecture we describe the basic structure of higgsless models, while in the third lecture we discuss fermions in extra dimensions and the inclusion of fermions into higgsless models. The final lecture is devoted to the issue of electroweak precision observables in theories beyond the standard model and its applications to extra dimensional theories and in particular the higgsless models.

연구 동기 및 목표

• 추가 차원에서의 게이지 장 및 페르미온 역학을 이해하기 위한 자율적이고 교육적인 프레임워크를 개발하는 것.
• 5차원 간격에서의 경계 조건이 힉스 보손을 대체하여 전자기대칭 깨짐을 일으키는 방식을 탐구하여, 힉스 없는 모델을 도출하는 것.
• 이러한 모델이 전자기대칭 정밀 관측량, 특히 페스킨-타케우치 S, T, U 매개변수와 일관성을 유지하는지 분석하는 것.
• 지역화된 운동에너지 항과 경계 조건을 통해 힉스 없는 모델에서 페르미온 질량이 어떻게 생성되는지 보여주는 것.
• 비틀림 추가 차원(예: 랜달-선드럼)이 계층 문제를 안정화하고 정밀 관측량의 편차를 억제하면서도 산란 진폭의 단위성을 유지하는 데 어떤 역할을 하는지 보여주는 것.

제안 방법

• 일관된 게이지 고정과 경계 조건(BCs)을 사용하여 유한한 간격(경계가 있는) 5차원 게이지 이론을 수립하고, 오르비폴드 접근법과 간격 접근법을 구분하는 것.
• 특정 경계 조건을 게이지 장에 적용하여 5차원 간격에서 Higgs 스칼라 없이 SU(2)×U(1)를 U(1)_{em}으로 깨뜨리는 힉스 없는 모델을 구성하는 것.
• AdS/CFT 대응을 적용하여 5차원 비틀림 모델을 4차원 강한 결합 상대론적 양자장 이론으로 매핑하여 복합 힉스 유사 행동을 연구할 수 있도록 하는 것.
• 플랑크 브레인과 테바 브레인에 있는 국소화된 운동에너지 항을 사용하여 페르미온의 카이랄성 경계 조건을 도입하여 현실적인 페르미온 질량과 혼합을 생성하는 것.
• 효과적 장 이론 접근법을 사용하여 전자기대칭 정밀 관측량(S, T, U)의 보정을 계산하고, BSM 이론 전반에 적용 가능한 일반적인 표현식을 유도하는 것.
• 힉스 없는 모델에서 S 및 T 매개변수를 평가하여, 페르미온이 적절히 국소화되고 게이지 부문이 비틀림된 경우 실험적 한계 내에 유지됨을 보여주는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유한한 추가 차원을 가진 5차원 게이지 이론에서 Higgs 스칼라 없이 어떻게 전자기대칭 깨짐을 달성할 수 있는가?
• RQ2 5차원 간격에서 게이지 장과 페르미온 장에 대한 어떤 경계 조건이 일관성 있고 단위성 있으며 현상학적으로 타당한 힉스 없는 모델을 이끌어내는가?
• RQ3 힉스 없는 모델에서 페스킨-타케우치 S 및 T 매개변수의 행동은 어떻게 되며, 실험적 한계 내에 유지될 수 있는가?
• RQ4 비틀림 기하학(예: 랜달-선드럼)이 계층 문제를 안정화하고 정밀 전자기대칭 관측량의 편차를 억제하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 지역화된 운동에너지 항과 경계 조건을 통해 현실적인 페르미온 질량과 혼합을 힉스 없는 모델에서 생성할 수 있는가?

주요 결과

• 비틀림 5차원 시공간에서의 힉스 없는 모델은 W+W− 산란에서 TeV 스케일까지 단위성을 유지할 수 있으며, 토프 쿼크가 테바 브레인 근처에 국소화된 경우 가장 가벼운 칼루차-클라인 게이지 보손 질량이 약 √2 M_W에 도달한다.
• 힉스 없는 모델에서 S 매개변수는 유한하고 계산 가능하며, 칼루차-클라인 스펙트럼과 페르미온의 국소화에서 기인한 보정이 발생한다. 토프 쿼크가 테바 브레인 근처에 국소화된 경우 실험적 한계 내에 유지된다.
• 힉스 없는 모델에서 페르미온 질량은 브레인에서의 국소화된 운동에너지 항을 통해 생성되며, 토프 쿼크 질량은 테바 브레인에서 큰 디라크 질량 항이 필요하다. 이는 왼쪽 편향된 바텀 쿼크의 Z 보손과의 상호작용을 크게 만든다.
• 큰 디라크 질량 항으로 인해 왼쪽 편향된 바텀 쿼크가 SU(2)_R 쌍층에 성분을 갖게 되며, 이는 표준모형 값보다 큰 Zb_L b_L 상호작용 상수를 유도한다. 이는 혼합이 억제되지 않는 한 문제가 된다.
• Zb_L b_L 상호작용 상수의 큰 편차를 피하기 위해, 또는 반지름의 역수 1/R′을 증가시키거나, 두 번째 AdS_5 부스러기 공간을 도입하여 토프 질량 생성을 전자기대칭 깨짐에서 분리하는 것이 필요하다. 이는 토프 파이온과 잠재적인 토프 힉스 상태를 도입한다.
• 비틀림 공간에서의 게이지-힉스 통합과 힉스를 5차원 게이지 장(A_5)의 일부로 간주함으로써, 경계에서의 경계 조건을 통해 경량의 복합 페시도 골드스톤 힉스를 생성할 수 있으며, 이는 계층 문제에 자연스러운 해결책을 제공하고 게이지 커플링의 통합을 일관되게 유지한다.