[논문 리뷰] The New Dijet Particle in the Tevatron IS the Higgs

H. B. Nielsen|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 42인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 테바트론 데이터에서 최근 관측된 144 GeV의 디젯 공진형이 실제로는 표준모형 힉스 보손이며, 6개의 탑 쿼크와 6개의 반탑 쿼크로 이루어진 매우 가벼운 강하게 결합된 결합 상태로 주로 붕괴된다고 제안한다. 이 결합 상태는 다중점 원리(Multiple Point Principle)에 의해 안정화되고 거의 영에 가까운 질량으로 조정되어 있으며, 하드론적 제트로 붕괴되어 디젯 붕괴를 모방하며, 표준 $b\bar{b}$ 붕괴 확률이 낮기 때문에 관측된 피크를 설명한다.

ABSTRACT

The newly found \cite{CDFnew} dijet peak in the 120 GeV to 160 GeV mass region produced in co-production with W IS actually a Higgs Boson in spite of the expectation of a different decay pattern for most Higgses. Our point, however, is that the bound state of 6t + 6$\bar{t}$, which we have put forward already in several articles \cite{boundfirst}\cite{bound} \cite{dark}\cite{hierarchybound}, easily could be lighter - possibly much lighter - than half the Higgs mass. Higgs would in this case decay dominantly to two of our bound states. If these bound states were indeed very light (say around 10 GeV) their decay products into hadrons would like two jets, one for each bound state. Even a very small mass for our bound state is not unexpected isofar as it is part of our model that especially the top-quark-Yukawa coupling is being tuned so as to make precisely this bound state of $6t + 6\bar{t}$ become (approximately) massless. This tuning is a consequence of our Multiple Point Principle \cite{old} \cite{SIMPP} which states that the realized parameter/coupling values correspond to having a maximal set of degenerate vacua. Even the very recent LHC-peak in photon photon might be fitted to our model.

연구 동기 및 목표

• 표준 $b\bar{b}$ 붕괴 확률과의 명백한 모순에도 불구하고, 테바트론 데이터에서 관측된 144 GeV 디젯 공진형이 힉스 보손 붕괴로 설명될 수 있는가를 밝히는 것.
• 6개의 탑 쿼크와 6개의 반탑 쿼크로 이루어진 결합 상태가 다중점 원리(MPP)에 의해 정밀조정되어 거의 질량이 없도록 만들 수 있으며, 이로 인해 힉스 보손의 디젯 붕괴가 지배적으로 일어날 수 있음을 주장하는 것.
• 관측된 횡단단면과 피크 너비가 주로 $b\bar{b}$나 $W$ 보손 모드가 아닌 이 가벼운 결합 상태로 붕괴되는 힉스 보손과 일치하는지 확인하는 것.
• 강한 결합을 통해 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태와의 힉스 붕괴 너머에서 붕괴 너머의 확률이 크게 증가함을 보여주어 관측된 신호 강도를 설명하는 것.

제안 방법

• Higgs 및 글루온 상호작용에 의해 안정화된 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태를 가정하며, 다중점 원리(MPP)에 의해 거의 영에 가까운 질량으로 조정된다.
• MPP를 사용하여 힉스 보손의 진공 에너지 디게너시가 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태의 보즈 응축 상태를 포함하도록 하여 탑-요쿠다 상호작용의 정밀조정을 정당화한다.
• 힉스 보손이 이들 가벼운 결합 상태의 쌍으로 붕괴되며, 이후 이들이 하드론 제트로 붕괴되어 디젯 최종 상태를 모의하는 모델을 수립한다.
• 결합 상태 채널의 결합 강도(순서 수준)와 $b\bar{b}$ 채널의 결합 강도($g_b^2 \approx 1/900$ 비례)를 비교하여 붕괴 비율 증가를 추정한다.
• 관측된 약 4 pb의 횡단단면 피크가 표준 모형 예측의 약 0.1 pb와는 다르게, 주로 $b\bar{b}$ 가 아니라 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태 쌍으로의 붕괴 비율이 지배적이기 때문에 발생한다고 제안한다.
• 경계 상태와 $W$ 보손이 포함된 관련 공진형(400–800 GeV 범위)을 통한 루프 보정을 통해 효과적인 $WWH$ 정점과 힉스 생성률을 증가시킬 수 있음을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론 데이터에서 관측된 144 GeV 디젯 피크가 힉스 보손이 강하게 결합된 가벼운 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태로 붕괴되는 것으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 다중점 원리(MPP)는 탑 쿼크 질량이 크지만도 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태가 거의 질량이 없도록 만들 수 있는가?
• RQ3 이 모델에서 왜 $b\bar{b}$ 붕괴 모드가 억제되며, 이는 관측된 횡단단면과 붕괴 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 넓은 질량 피크(120–160 GeV)가 실험적 해상도가 아니라 진짜 힉스 보손의 너비를 반영할 수 있는가?
• RQ5 $W$-연관 생성에서 관측된 힉스 생성률을 새로운 물리학 없이도 표준모형에 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태만을 사용하여 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 힉스 보손은 주로 $6t+6\bar{t}$ 결합 상태 쌍으로 붕괴되며, 이후 이들이 하드론 제트로 붕괴되어 관측된 디젯 피크를 설명한다.
• 결합 상태 쌍으로의 붕괴 비율은 바텀-요쿠다 상호작용의 억제로 인해 $b\bar{b}$ 붕괴보다 약 900배 더 크다고 추정된다.
• 관측된 횡단단면 약 4 pb는 표준모형 예측의 약 0.1 pb와는 다르게, 붕괴 비율이 주로 이 결합 상태 쌍으로 지배될 경우 힉스 생성과 일치한다.
• 120에서 160 GeV 사이의 피크 너비는 실험적 해상도가 아니라 이 모델에서 진짜 힉스 보손의 너비를 반영할 수 있다.
• 이 모델은 400–800 GeV 범위에 있는 관련 공진형을 예측하며, 이는 경계 상태를 포함한 루프 다이어그램을 통해 $WWH$ 정점을 증가시킬 수 있다.
• 이 모델은 새로운 장이 없이도 표준모형 틀 안에서만 구성되며, 다중점 원리에 의해 강제되는 정밀조정된 결합 상수에 의존한다.