[논문 리뷰] A Higgs Impostor in Low-Scale Technicolor

E. Eichten, Kenneth Lane외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 48인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 125 GeV 보손이 표준모형 힉스 보손이 아니라, CP = −1을 가진 저스케일 테크니컬러(LSTC)에서 발생하는 편미분자 힉스 모조물(technipion, ηT)임을 제안한다. 이론적으로 이중 스케일 LSTC 모형에서 이sovctor π⁰T와의 혼합을 통해 125 GeV 상태인 ηL가 형성되며, 이는 주로 글루온으로 붕괴되어 WW∗ 및 ZZ∗ 붕괴율을 억제한다. 이는 표준모형 힉스 설명의 검증 가능한 대안을 제공한다.

ABSTRACT

We propose a "Higgs impostor" model for the 125 GeV boson, $X$, recently discovered at the LHC. It is a technipion, $η_T$, with $I^G J^{PC} = 0^- 0^{-+}$ expected in this mass region in low-scale technicolor. Its coupling to pairs of standard-model gauge bosons are dimension-five operators whose strengths are determined within the model. It is easy for the gluon fusion rate $σB(gg o η_T o γγ)$ to agree with the measured one, but $η_T o ZZ^*,\,WW^*$ are greatly suppressed relative to the standard-model Higgs rates. This is a crucial test of our proposal. In this regard, we assess the most recent data on $X$ decay modes, with a critical discussion of $X o ZZ^* o 4\ell$. In our model the $η_T$ mixes almost completely with the isovector $π^0_T$, giving two similar states, $η_L$ at 125 Gev and $η_H$ higher, possibly in the range 170--190 Gev. Important consequences of this mixing are (1) the only associated production of et al is via $ o o W η_L$, and this could be sizable; (2) $η_H$ may soon be accessible in $gg o η_H o γγ$; and (3) LSTC phenomenology at the LHC is substantially modified.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 관측된 125 GeV 보손이 표준모형 힉스 보손이 아니라 테크니피온(ηT)임을 설명한다.
• 표준모형 예측과 비교해, ZZ∗→4ℓ 및 WW∗ 붕괴율에 나타나는 이질성을 다룬다.
• 이중 스케일 LSTC 모형에서 등방성 ηT와 이소벡터 π⁰T 간의 혼합이 미치는 영향을 탐구한다.
• LHC에서의 새로운 신호를 예측하며, 특히 ρT→WηL 및 무거운 ηH 상태를 포함한다.
• 자연성 문제와 풍미 문제를 피하는 표준모형 힉스의 검증 가능한 대안을 제공한다.

제안 방법

• 확장된 테크니컬처(ETC) 상호작용을 포함한 이중 스케일 저스케일 테크니컬처(LSTC) 모형을 제안한다.
• CP = −1을 가진 ηT를 위상수론적 골드스톤 보손으로 모형화하며, 차원-5 위스-지움노-위트너(WZW) 상호작용을 통해 표준모형 게이지 보손과 결합한다.
• 등방성 ηT와 이소벡터 π⁰T 간의 혼합을 도입하여 두 개의 물리적 상태인 ηL(125 GeV)과 ηH(170–190 GeV)를 도출한다.
• WZW 결합을 이용해 ηL의 생성 및 붕괴율을 계산하며, WW∗, ZZ∗ 및 벡터 보손 융합 모드의 강력한 억제를 보여준다.
• 혼합으로 인해 증가하는 ρT→WηL 연계 생성을 평가하며, 이는 상대적으로 큰 상호작용 확률을 가짐을 시사한다.
• ηH →γγ 붕괴율이 LHC에서 관측 가능할 것으로 예측되며, 최대 약 0.25 pb의 횡단면을 가질 수 있음.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 붕괴율을 고려할 때, 125 GeV 보손이 표준모형 힉스 보손이 아니라 테크니피온으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 왜 125 GeV 상태의 WW∗ 및 ZZ∗ 붕괴율은 표준모형 예측보다 억제되는가?
• RQ3 이중 스케일 LSTC 모형에서 ηT와 π⁰T 간의 혼합이 초래하는 현상학적 결과는 무엇인가?
• RQ4 더 무거운 힉스 모조물 상태(ηH)가 두 광자 채널에서 관측될 수 있는가?
• RQ5 ηT와 π⁰T 간의 혼합은 ρT 붕괴 및 LHC에서의 연계 생성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 125 GeV 상태인 ηL는 주로 글루온 융합를 통해 생성되며, 거의 100%의 비율로 글루온으로 붕괴되어 γγ, WW∗, ZZ∗ 붕괴율이 억제된다.
• ηL →γγ 붕괴율은 LHC 데이터와 일치하지만, ηL →WW∗ 및 ηL →ZZ∗ 붕괴율은 표준모형 힉스와 비교해 강력하게 억제된다.
• ηT와 π⁰T 간의 혼합은 170–190 GeV 범위의 더 무거운 상태인 ηH를 초래하며, 이는 두 광자 채널에서 관측 가능할 수 있다.
• ρT →WηL 붕괴 모드는 위상공간과 혼합으로 인해 증가하여 CDF의 다이젯 과잉 현상에 기여할 수 있다.
• ρT →WηL 신호는 Wπ⁰T 다이젯 피크와 겹쳐져 CMS에서의 이중보손 모델링을 복잡하게 만들 수 있다.
• ρ±T →Zπ±T →ℓ+ℓ−jj 붕괴율은 π±TηL 붕괴 채널이 열리면서 약 50–60% 감소할 것으로 예상된다.