[논문 리뷰] Composite Resonances effects on EWPT and Higgs diphoton decay rate

A. E. Cárcamo Hernández, Claudio Dib외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 강하게 결합된 전자기약 대칭 붕괴를 갖는 복합 힉스 모형을 효과적인 카이랄 라그랑지안을 사용하여 연구한다. 전자기약 정밀도 시험(S 및 T 매개변수)과 힉스 이중광자 붕괴율(h→γγ)에서의 제약 조건을 분석한다. 연구 결과, LHC 데이터와 정밀 전자기약 측정치와의 일관성을 확보하기 위해서는 축성자 레지온스(1.8–1.9 TeV)와 벡터 레지온스(1.5–1.7 TeV)에 대해 좁은 질량 창이 필요하며, 이는 W3와 B0 게이지 보손 간의 비표준 운동에너지 혼합이 존재할 때에만 가능하다.

ABSTRACT

In scenarios of strongly coupled electroweak symmetry breaking, heavy composite particles of different spin and parity may arise and cause observable effects on signals that appear at loop levels. The recently observed process of Higgs to $\gamma \gamma$ at the LHC is one of such signals. We study the new constraints that are imposed on composite models from $H o \gamma\gamma$, together with the existing constraints from the high precision electroweak tests. We use an effective chiral Lagrangian to describe the effective theory that contains the Standard Model spectrum and the extra composites below the electroweak scale. Considering the effective theory cutoff at $\Lambda = 4\pi v \sim 3 $ TeV, consistency with the $T$ and $S$ parameters and the newly observed $H o \gamma\gamma$ can be found for a rather restricted range of masses of vector and axial-vector composites from $1.5$ TeV to $1.7$ TeV and $1.8$ TeV to $1.9$ TeV, respectively, and only provided a non-standard kinetic mixing between the $W^{3}$ and $B^{0}$ fields is included.

연구 동기 및 목표

• . 최근 LHC 데이터를 바탕으로 하중량-1 및 스핀-0 레지온스를 갖는 복합 힉스 모형의 실현 가능성 테스트를 목적으로 한다.
• . 관측된 힉스 이중광자 붕괴율을 전자기약 정밀도 시험(S 및 T 매개변수)과 조화시키는 것을 목적으로 한다.
• . 전자기약 대칭 붕괴가 약 3 TeV의 캐퍼 오프셋 이하의 강한 동역학에서 기인하는 시나리오에 집중한다.
• . W3와 B0 게이지 보손 간의 수정된 운동에너지 혼합이 실험 제약 조건을 충족시키는 데 미치는 영향을 조사한다.
• . h→γγ 및 S/T 매개변수와의 일관성을 유지하는 데 필요한 벡터 및 축성자 레지온스의 허용 질량 범위를 규명하는 것을 목표로 한다.

제안 방법

• . 복합 상태의 저에너지 역학을 기술하기 위해 4사이트 숨겨진 국소 대칭 프레임워크를 기반으로 한 효과적인 카이랄 라그랑지안을 수립한다.
• . 모형은 두 개의 질량이 있는 스칼라(h 및 H), 편미분 스칼라(η), 그리고 캐스텔리 S U(2)L+R 대칭 아래에서의 벡터/축성자 트리플렛(Vaμ 및 Aaμ)을 포함한다.
• . 힉스 보손(mh ≈ 126 GeV)은 가장 가벼운 스칼라로 식별되며, 페르미온과의 결합은 ahff로 매개변수화되며, 이는 토퍼 쿼크의 경우 표준모형 값의 약 2배로 발견된다.
• . S 및 T 매개변수를 복합 레지온스와 표준모형 게이지 보손을 포함하는 피카르도 다이어그램을 사용해 1-루프 수준에서 계산한다.
• . h→γγ 붕괴율은 벡터 및 축성자 레지온스를 포함하는 루프 다이어그램을 통해 평가되며, Rγγ 비율은 ATLAS 및 CMS 데이터와 비교된다.
• . S 및 T 제약 조건을 충족시키기 위해 W3와 B0 간의 비표준 운동에너지 혼합 매개변수 cWB를 도입하며, 실험 데이터에 의해 그 범위가 제약된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 . 관측된 힉스 이중광자 붕괴율과 전자기약 정밀도 시험을 동시에 만족시키는 데 필요한 벡터 및 축성자 레지온스의 질량 범위는 무엇인가?
• RQ2 . W3와 B0 게이지 보손 간의 비표준 운동에너지 혼합이 복합 힉스 모형에서 S 및 T 매개변수에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ3 . S 및 T 제약 조건을 만족시키면서도 증폭된 토퍼 쿼크-힉스 보손 결합(ahff ≈ 2× SM)을 어느 정도 수용할 수 있는가?
• RQ4 . 무거운 스칼라 H와 편미분 스칼라 η는 힉스 질량을 안정화하고 그 질량에 대한 실험적 제약 조건을 충족시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 . 모형은 S 및 T 매개변수에 대한 95% 신뢰수준의 제약 조건과 일관성을 유지하면서도 근사적으로 표준모형 수준의 h→γγ 붕괴율을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• . 관측된 h→γγ 붕괴율과 일치하기 위해서는 벡터 레지온스 질량이 1.5–1.7 TeV의 좁은 범위 내에 있어야 한다.
• . h→γγ 붕괴율과 T 매개변수 제약 조건을 함께 고려할 경우 축성자 레지온스 질량은 1.8–1.9 TeV로 제약된다.
• . 관측된 h→γγ 붕괴율을 재현하기 위해서는 벡터 레지온스 질량 대비 축성자 레지온스 질량의 비율 MV/MA ≈ 0.9여야 한다.
• . S 매개변수 제약 조건은 W3와 B0 간의 수정된 운동에너지 혼합을 요구하며, 이는 cWB 매개변수로 기술되며, 가장 일관성 있는 시나리오에서 범위는 0.180–0.182이다.
• . 모형은 힉스 보손과의 토퍼 쿼크 결합을 약 2배로 예측하며, 토퍼 쿼크의 경우 ahff ≈ 2이다.
• . H 및 η와 같은 무거운 스칼라와 편미분 스칼라의 질량는 600 GeV에서 1 TeV 사이에서 허용되며, LHC에서의 탐지 방지를 위해 결합 상수가 조정되어야 한다.