[논문 리뷰] Flavor from the Electroweak Scale

Martin Bauer, Marcela Carena외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 68인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 전자약 스케일의 힉스 필드 자체가 플라바이온으로 기능하여 쿼크 질량과 혼합 각도를 고차원 연산자를 통해 생성하는 이중 힉스 듀블릿 모형을 제안한다. 이는 맛 제약 조건과 LHC 힉스 정밀도 데이터가 빛의 추가 힉스 보손이 존재하는 매개변수 영역을 강하게 선호함을 보여주며, 런 II에서 특징적인 콜리더 신호를 예측한다.

ABSTRACT

We discuss the possibility that flavor hierarchies arise from the electroweak scale in a two Higgs doublet model, in which the two Higgs doublets jointly act as the flavon. Quark masses and mixing angles are explained by effective Yukawa couplings, generated by higher dimensional operators involving quarks and Higgs doublets. Modified Higgs couplings yield important effects on the production cross sections and decay rates of the light Standard Model like Higgs. In addition, flavor changing neutral currents arise at tree-level and lead to strong constraints from meson-antimeson mixing. Remarkably, flavor constraints turn out to prefer a region in parameter space that is in excellent agreement with the one preferred by recent Higgs precision measurements at the Large Hadron Collider (LHC). Direct searches for extra scalars at the LHC lead to further constraints. Precise predictions for the production and decay modes of the additional Higgs bosons are derived, and we present benchmark scenarios for searches at the LHC Run II. Flavor breaking at the electroweak scale as well as strong coupling effects demand a UV completion at the scale of a few TeV, possibly within the reach of the LHC.

연구 동기 및 목표

• 정밀 조정이 필요 없이 전자약 스케일에서 맛 역학을 통합함으로써 관측된 페르미온 질량 계층과 CKM 혼합 각도를 설명하기 위해.
• 히iggs 듀블릿 자체가 플라바이온으로 기능하는 UV 완전 모형을 구축하여, 인위적인 맛 대칭 붕괴 스케일을 피하기 위해.
• 특히 메손 혼합에서의 FCNC를 포함한 맛 물리학 제약 조건과 LHC에서의 정밀 힉스 측정치를 조화시키기 위해.
• LHC 런 II에서 추가 힉스 보손의 직접 탐색을 위한 벤치마크 시나리오를 규명하기 위해.

제안 방법

• 두 개의 힉스 듀블릿을 포함한 고차원 연산자를 통한 효과적 양자수 상호작용을 이용해 맛 계층을 모델링하며, 전통적인 플라바이온 필드 대신 $ H_u H_d / \tilde{\nu}^2 $ 를 사용한다.
• 효과적 해밀토니안을 사용하고 QCD 행렬 요소에 매칭함으로써, 힉스 보손이 매개하는 수준에서의 맛 변화가 있는 중성미온 전류(FCNC)를 계산한다.
• 확장된 힉스 섹터에서 유도된 수정된 쿼크 및 게이지 보손 상호작용을 사용하여 힉스 신호 강도와 붕괴율을 평가한다.
• ATLAS 및 CMS 힉스 데이터에 대한 글로벌 피팅을 수행하며, $K$, $B_d$, $B_s$ 혼합 및 $B_s \to X_s \bar{\nu}\nu$ 붕괴에서의 제약 조건을 통합한다.
• 렌탈라이제이션 그룹 진화를 사용하여 윌슨 계수를 전자약 스케일에서 맛 관측량에 필요한 저에너지 스케일로 이동시킨다.
• 벤치마크 시나리오에서 추가 힉스 상태의 붕괴 비율을 유도하며, $\tan\beta$ 와 $\beta - \bar{\beta}$ 에 대한 명시적 의존성을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전자약 스케일에서 힉스 듀블릿을 플라바이온으로 사용함으로써 쿼크 질량 계층과 혼합 각도를 자연스럽게 생성할 수 있는가?
• RQ2 히iggs 섹터에서의 수준에서의 FCNC는 메손-반메손 혼합과 희귀 붕괴에서의 실험 제약 조건을 얼마나 잘 견뎌내는가?
• RQ3 수정된 힉스 상호작용은 생성 횡단단면과 붕괴율에 어떤 영향을 미치며, 현재의 LHC 힉스 정밀도 데이터와 조화를 이룰 수 있는가?
• RQ4 맛 및 힉스 데이터 제약 조건을 동시에 만족하는 추가 힉스 보손의 타당한 매개변수 영역는 무엇인가?
• RQ5 LHC 런 II 탐색에서 추가 힉스 상태에 대한 특징적인 콜리더 서명을 식별할 수 있는가?

주요 결과

• 맛 제약 조건과 LHC 힉스 정밀도 데이터가 동시에 2σ 수준에서 만족되는 매개변수 영역이 상당히 존재한다.
• 선호되는 매개변수 영역는 정렬/분리 한계에서 멀리 떨어져 있어, 추가 힉스 보손이 LHC에서 접근 가능하도록 하며, 임의로 무거운 것은 될 수 없다.
• 전자약 정밀도 관측량은 상호작용하는 중성미온 힉스 상태 간의 질량 분리가 크며, 거의 일치하는 중성 스칼라를 선호한다.
• 이 모형은 특히 $gg \to h \to \tau\tau$ 와 $h \to \bar{b}b$ 에서의 힉스 신호 강도에서 강한 이격을 예측하며, 이는 현재의 LHC 측정치와 일치한다.
• 벤치마크 시나리오(예: 1a, 1b, 2)는 빛의 중성, 편극이 없는, 그리고 양성 힉스 보손에 대해 명백한 붕괴 비율을 보이며, $\tan\beta$ 와 $\beta - \bar{\beta}$ 에 강한 의존성을 보인다.
• 직접적인 추가 힉스 보손 탐색은 이 모형의 매우 효과적인 탐사 수단이며, 특히 $h \to \tau\tau$, $h \to \bar{b}b$, 및 $H^\to \tau\tau$ 채널에서 효과적이다.