[논문 리뷰] Techni-Composite Higgs models with (a)symmetric dark matter candidates

Soerensen, Philip, Mads T. Frandsen외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 12인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 복합 힉스와 테크니컬러 진공을 동시에 실현하는 새로운 기술-복합 힉스 모형을 제안한다. 이는 SU(2)R 스팔레론에 의한 U(1)X 대칭의 이상성에 기반해 비대칭 암흑물질(ADM)을 가능하게 하며, 바리온과 암흑물질의 잔류 밀도에 공통의 기원을 제공한다. DM 후보는 안정한 pNGB 또는 바리온 상태이며, 관측 결과와 일치하는 |ΩDM/ΩB| ≈ (2/3)(3 + L/B)의 DM 대 바리온 밀도 비율을 유도한다. 이는 6- fermion 연산자가 일부이지만 모든 표준모형 세대에 대해 비효율적일 경우에 해당한다.

ABSTRACT

We propose a novel class of composite models that feature both a technicolor and a composite Higgs vacuum limit, resulting in an asymmetric dark matter candidate. These Techni-Composite Higgs models are based on an extended left-right electroweak symmetry with a pseudo-Nambu Goldstone boson Higgs and stable dark matter candidates charged under a global $\mathrm{U}(1)_X$ symmetry, connected to the baryon asymmetry at high temperatures via the $SU(2)_{ m R}$ sphaleron. We consider, as explicit examples, four-dimensional gauge theories with fermions charged under a new confining gauge group $G_{ m HC} $.

연구 동기 및 목표

• 공통의 기원을 통해 바리온 비대칭과 연결된 암흑물질 잔류 밀도의 열린 문제를 해결하기 위해.
• 복합 힉스(CH)와 테크니컬러(TC) 진공 한계를 동시에 수용하는 모형을 구축하기 위해.
• 전역 U(1)X 대칭에 따라 전하를 띤 안정적인 복합 DM 후보를 실현하기 위해.
• U(1)X 대칭이 SU(2)R 스팔레론에 대해 이상적이 되어 바리온과 암흑물질의 공통된 비대칭 생성을 가능하게 하기 위해.
• 우주론적 관측 결과와 일치하기 위해 열적 잔류 밀도를 충분히 억제하기 위해.

제안 방법

• 강한 상호작용에 의해 동적 대칭 붕괴가 일어나는 확장된 좌우대칭 전자약력 게이지군 SU(2)L ⊗ SU(2)R ⊗ U(1)Y′을 도입한다.
• 좌측 부문에서는 SU(N)/Sp(N) 또는 SU(N)/SO(N) 코셋을 통해 CH 한계를 실현하고, 우측 부문에서는 U(1)X가 유지되는 테크니컬러 진공을 실현한다.
• 경계가 있는 GHC 게이지군에 대해 허브- fermion이 변환하는 4차원 게이지 이론을 사용하여 전역 대칭 붕괴와 pNGB 힉스를 생성한다.
• 6-fermion 연산자를 도입하여 스팔레론 과정을 매개하고, 표준모형 페르미온과 테크니페르미온 간의 화학적 포텐셜 평형을 보장한다.
• 스팔레론과 전자약력 상호작용의 평형 조건을 적용하여 화학적 포텐셜 µX (DM) 및 µB (바리온)에 대한 제약 조건을 유도한다.
• 열적 동결 조건 하에서 통계적 억제 요소 σ(m/TF)를 사용하여 DM 대 바리온 에너지 밀도 비율 ΩDM/ΩB를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 모형이 동시에 복합 힉스와 테크니컬러 진공을 실현할 수 있는가?
• RQ2 안정적인 복합 암흑물질 후보가 전자약력 부문과 U(1)X 대칭에 일관적으로 결합될 수 있는가?
• RQ3 U(1)X 대칭이 SU(2)R 스팔레론에 대해 이상적이 되는가? 이는 바리온과 암흑물질의 공통된 비대칭 생성을 가능하게 하는가?
• RQ4 이러한 모형에서 암흑물질 대 바리온의 잔류 밀도 비율은 얼마인가?
• RQ5 DM 후보의 열적 잔류 밀도가 관측 결과와 일치하도록 충분히 억제될 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 복합 힉스와 테크니컬러 진공 한계를 동시에 실현하여 전자약력 대칭 붕괴와 암흑물질의 통합적 기술을 가능하게 한다.
• 암흑물질 후보는 전역 U(1)X 대칭에 따라 전하를 띤 안정적인 복합 상태(pNGB 또는 바리온)이며, 대칭에 의해 안정성이 보장된다.
• U(1)X 대칭은 SU(2)R 스팔레론에 대해 이상적이며, 바리온과 암흑물질의 비대칭 생성에 공통의 기원을 제공한다.
• 6-fermion 연산자가 적어도 한 표준모형 세대에 대해 비효율적일 조건 하에서, 암흑물질 대 바리온 잔류 밀도 비율은 |ΩDM/ΩB| ≈ (2/3)(3 + L/B)로 유도되며, 여기서 L과 B는 렙톤 수와 바리온 수이다.
• 화학적 포텐셜 제약 조건과 통계적 요소 σ(m/TF)의 상호작용을 통해 열적 잔류 밀도가 억제되어 관측된 암흑물질 밀도와 일관성을 확보한다.
• 이 모형은 N=4 와일 페르미온이 양성 또는 복소 표현을 갖는 경계가 있는 GHC 게이지군에 대해 최소한의 4차원 게이지 이론으로 실현 가능하다.