[논문 리뷰] Unitary Higgsless and Higgsful Standard Models from Spontaneous Dimensional Reduction and Weak Boson Scattering at the LHC

Hong-Jian He, Zhong-Zhi Xianyu|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 시공간 차원이 고에너지에서 감소하는 자발적 차원 감소(SDR) 기반으로, 힉스 보존이 없는 단일 표준모형과 힉스 보존이 있는 표준모형의 통합 프레임워크를 제안한다. SDR를 비선형적으로 실현된 전자기약 대칭 이론에 통합함으로써, 힉스 보존이 스펙트럼에 없더라도 종방향 W 보손 산란에서 단위성을 유지하는 모델이 되며, 또한 SDR가 힉스 보존이 있는 표준모형의 계층 문제를 해결할 수 있음을 보여주며, LHC에서의 WW 산란 데이터를 통해 기존 표준모형과의 차이를 구분할 수 있다.

ABSTRACT

Spontaneous dimensional reduction (SDR) is a striking phenomenon predicted by a number of quantum gravity approaches which all indicate that the spacetime dimensions get reduced at high energies. In this work, we construct an effective theory of electroweak interactions based on the minimal Higgsless standard model with nonlinearly realized electroweak gauge symmetry and incorporating the spontaneous reduction of space-dimensions. Such a Higgsless standard model is manifestly renormalizable at high energies. In spite of no Higgs-boson-like excitations in our model, we reveal that the scattering amplitude of longitudinal weak bosons remains unitary at high energies. We further demonstrate that this can be discriminated from the conventional standard model (SM) and its extensions by the WW scattering experiments at the CERN LHC. Finally, we study an extension for the Higgsful SM with TeV-scale SDR, as a natural solution to the hierarchy problem. It contains either a light or heavy Higgs boson with anomalous gauge couplings. We show that the corresponding WW scattering cross sections become unitary at TeV scale under the SDR, but exhibit different behaviors.

연구 동기 및 목표

• 자발적 차원 감소(SDR)를 사용하여 명시적인 양자역학적 재정규화가 가능한 힉스 보존이 없는 전자기약 모형을 개발한다.
• 스펙트럼에 힉스 보존이 없더라도 종방향 약한 보손 산란의 단위성을 확보한다.
• SDR가 힉스 보존이 있는 표준모형에서 계층 문제를 어떻게 해결할 수 있는지 탐구한다.
• LHC에서의 WW 산란 관측량을 통해 SDR 기반 모형을 기존 표준모형과 구별한다.

제안 방법

• 비선형적으로 실현된 대칭을 가진 최소한의 힉스 보존이 없는 표준모형 기반의 효과적인 전자기약 이론을 수립한다.
• 고에너지에서 시공간 차원을 감소시키는 메커니즘으로 자발적 차원 감소(SDR)를 통합한다.
• 종방향 W 보손 산란 진폭이 고에너지에서 유한해지는 SDR 기반의 단위성 힉스 보존이 없는 모형을 구성한다.
• SDR 하에서 테바 스케일의 힉스 보존과 비정상적인 게이지 커플링을 포함하는 모형을 확장한다.
• LHC에서의 WW 산란 단면적을 분석하여 SDR 기반 모형과 기존 표준모형을 비교한다.
• 효과적 장 이론 기법을 사용하여 단위성 조건을 유도하고 실험 데이터와 예측을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자발적 차원 감소(SDR)는 힉스 보존이 없더라도 종방향 W 보손 산란에서 단위성을 제공할 수 있는가?
• RQ2 힉스 보존이 없는 모형에서 SDR는 전자기약 상호작용의 재정규화 가능성과 고에너지 행동에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 SDR는 힉스 보존이 있는 표준모형에서 계층 문제에 자연스러운 해결책이 될 수 있는가?
• RQ4 SDR는 기존 표준모형과 비교해 LHC에서의 WW 산란에 어떤 독특한 서명을 갖는가?
• RQ5 SDR 기반의 힉스 보존이 있는 모형에서 비정상적인 게이지 커플링은 테바 스케일에서의 WW 산란 단위성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• SDR 기반의 힉스 보존이 없는 모형은 힉스 보존이 없음에도 불구하고 고에너지에서 종방향 W 보손 산란에서 단위성을 유지한다.
• 차원 감소에 의한 고에너지 억제 덕분에 모형은 명시적인 재정규화가 가능하다.
• SDR 메커니즘이 기존 표준모형과 다른 WW 산란 단면적을 유도하며, 이는 LHC에서의 실험적 구별 가능성을 제공한다.
• 힉스 보존이 있는 확장 모형에서, 테바 스케일에서의 SDR는 계층 문제에 자연스러운 해결책을 제공한다.
• SDR 기반의 힉스 보존이 있는 모형은 비정상적인 게이지 커플링을 가진 경량 또는 고량의 힉스 보존을 예측하며, 이는 테바 스케일에서 단위성 있는 WW 산란을 이끈다.
• 모형은 표준모형과 다름없는 현상학적 서명을 보이며, CERN LHC에서의 실험적 예측 가능성을 제공한다.