[논문 리뷰] Composite Higgs-Mediated FCNC

Kaustubh Agashe, Roberto Contino|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 복합 힉스 모델에서 힉스 보손에 의해 매개되는 맛이 바뀌는 중성미온 상호작용(FCNC)을 조사하며, 고차원 연산자에 의해 유도되는 페르미온 질량과 요카와 상수 간의 비일치가 단일 힉스 두중자조차도 고차원 FCNC를 초래할 수 있음을 보여준다. 주요 결과는 힉스가 가벼운 경우 강하게 결합되어 있을 때, $ε_K$에 의한 복합성 스케일에 대한 제약이 무거운 스핀-1 공명체에 의한 것과 비슷할 수 있지만, 이 제약은 페시도 골드스톤 힉스의 경우 이동 대칭성으로 인해 상당히 약화되며, 이에 따라 $BR(t\to hc) \sim 10^{-4}$ 및 $BR(h\to tc) \sim 5\times10^{-3}$가 예측된다.

ABSTRACT

We discuss how, in the presence of higher-dimensional operators, the Standard Model (SM) fermion masses can be misaligned in flavor space with the Yukawa couplings to the Higgs boson, even with only one Higgs doublet. Such misalignment results in flavor-violating couplings to the Higgs and hence flavor-changing neutral current (FCNC) processes from tree-level Higgs exchange. We perform a model-independent analysis of such an effect. Specializing to the framework of a composite Higgs with partially composite SM gauge and fermion fields, we show that the constraints on the compositeness scale implied by epsilon_K can be generically as strong as those from the exchange of heavy spin-1 resonances if the Higgs is light and strongly coupled to the new states. In the special and well motivated case of a composite pseudo-Goldstone Higgs, we find that the shift symmetry acting on the Higgs forces an alignment of the fermion mass terms with their Yukawa couplings at leading order in the fermions' degree of compositeness, thus implying much milder bounds. As a consequence of the flavor-violating Higgs couplings, we estimate BR(t -> c h) ~ 10^{-4} and BR(h -> tc) ~ 5 x 10^{-3} both for a pseudo-Goldstone (if t_R is fully composite) and for a generic composite Higgs. By virtue of the AdS/CFT correspondence, our results directly apply to 5-dimensional Randall-Sundrum compactifications.

연구 동기 및 목표

• 복합 힉스 모델에서 페르미온 질량 항과 요카와 상수 간의 비일치로 인해 트리 수준의 힉스에 의해 매개되는 FCNC가 발생할 수 있는지 조사하기.
• 이러한 비일치가 존재할 경우 $ε_K$에 의한 복합성 스케일에 대한 실험적 제약의 강도를 평가하기.
• 페시도 골드스톤 힉스의 이동 대칭성이 맛 위반 쌍체를 어떻게 수정하고 FCNC 제약를 어떻게 약화시키는지 규명하기.
• 일반적이고 페시도 골드스톤 힉스 상황에서의 희귀한 탑 및 힉스 붕괴, 예를 들어 $t\to hc$ 및 $h\to tc$의 분해비율을 추정하기.
• AdS/CFT 대응을 통해 5차원 랜달-선드르 모델에서 이러한 효과의 관련성을 확립하기.

제안 방법

• 다운형 쿼크에 대한 맛 위반 힉스 쌍체를 유도하는 차수 6 유효 연산자에 대한 모델 독립적 분석 수행.
• 네 가지 유형의 차수 6 연산자 도입: 비미분형 요카와 유사 항과 $Λ^{-2}$ 억제를 갖는 세 가지 힉스 의존성 운동에너지 항 수정.
• 이 연산자가 $\Delta F=2$ 유효 라그랑지안을 통해 $B_d$ 및 $B_s$ 혼합에 미치는 영향 분석하고, 힉스 교환에서 유도된 윌슨 계수 계산.
• 표준모형 페르미온이 강한 동역학과 선형적으로 결합된 복합 힉스 프레임워크에 특화하고, 복합성 분율의 역할 평가.
• AdS/CFT 대응을 적용하여 결과를 5차원 랜달-선드르 균열로 매핑하고, 4차원 유효 필드 이론 접근의 타당성 검증.
• 최대한의 탑 쿼크 복합성에 가정하여 $\hat{y}^{u}_{32}$ 성분을 사용해 $t\to hc$ 및 $h\to tc$의 분해비율 추정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 힉스 두중자조차도 트리 수준의 힉스 교환으로 FCNC를 매개할 수 있는가?
• RQ2 고차원 연산자가 페르미온 질량과 요카와 상수 간의 비일치를 어떻게 유도하여 맛 위반을 초래하는가?
• RQ3 힉스가 가볍고 새로운 물리와 강하게 결합할 경우, $ε_K$에 의한 복합성 스케일에 대한 제약는 어떻게 되는가?
• RQ4 페시도 골드스톤 힉스의 이동 대칭성이 일반 복합 힉스에 비해 FCNC를 어떻게 보호하는가?
• RQ5 일반적이고 페시도 골드스톤 힉스 상황에서 $t\to hc$ 및 $h\to tc$의 예측 분해비율은 각각 얼마인가?

주요 결과

• 힉스가 가볍고 새로운 물리와 강하게 결합할 경우, $ε_K$에 의한 복합성 스케일에 대한 제약는 무거운 스핀-1 공명체에 의한 것과 비슷할 수 있다.
• 페시도 골드스톤 힉스 근사에서 이동 대칭성이 질량 항과 요카와 상수 간의 일치를 고차원에서 강제함으로써 FCNC를 억제하고 실험적 제약를 약화시킨다.
• 완전히 복합적인 $t_R$를 가진 페시도 골드스톤 힉스의 경우, $\Lambda/y_* = 1$ TeV일 때 $BR(t\to hc) \sim 10^{-4}$가 예측된다.
• $h\to tc$의 분해비율은 $5\times10^{-3}$로 추정되며, 다른 모드의 SM 유사 붕괴 폭과 가벼운 힉스를 가정할 때 성립한다.
• 페시도 골드스톤의 경우 $tch$ 점은 $\hat{y}^{u}_{32}$에 의해 지배되며, $y^{u}_{32} \sim 2y_*^2 m_t / (v \lambda_C^2 m_c)$로 표현되어 오른쪽 편향성 캄 쿼크 성분을 유도한다.
• 이 결과들은 AdS/CFT 대응을 통해 5차원 랜달-선드르 모델에 직접 적용 가능하며, 4차원 유효 필드 이론 프레임워크의 타당성을 검증한다.