[논문 리뷰] Higgs boson coupling to a new strongly interacting sector

A. E. Cárcamo Hernández, Claudio Dib외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 복합 힉스 모형에서 새로운 강하게 상호작용하는 섹터를 포함하며, 무거운 벡터 삼중항과 힉스 두중항을 수반하는 모형을 연구한다. 복합성 스케일 3 TeV에서 효과적 카이랄 라그랑지안을 사용하여 분석한 결과, 힉스 이중광자 붕괴율과 오블리크 매개변수는 약한 제약을 가진다. 그러나 Zb̄b 접합점과 126 GeV의 힉스 보존 질량은 힉스가 새로운 공명 상태와 중간 정도로 결합하고, 쿼크가 무거운 벡터와 강하게 결합하지 않는 경우에만 모형이 제약 조건을 충족함을 보여준다.

ABSTRACT

In the framework of strongly interacting dynamics for electroweak symmetry breaking, heavy composite particles may arise and cause observable effects, as they should couple strongly to the resulting Higgs boson and affect the signals that appear at one loop level. Here we study this expected behavior, contrasting it with current experimental knowledge. We work in a simple and generic scenario where the lowest lying composite states are the Higgs scalar doublet and a massive vector triplet. We use an effective chiral Lagrangian to describe the theory below the compositeness scale $\Lambda$, assumed to be $4\pi v \simeq~3$ TeV. The effective theory contains the Standard Model spectrum and the extra composites. We determine the constraints on this scenario imposed by our current knowledge of the $Zb\bar{b}$ vertex, the $T$ and $S$ oblique parameters, and the recently measured Higgs mass and its diphoton decay rate. We found that the $T$ and $S$ parameters as well as the Higgs diphoton decay do not provide important constraints on the model. In contrast, the constraints arising from the $Zb\bar{b}$ vertex and from the Higgs mass at $126$ GeV are fulfilled only if the heavy vector resonances do not couple strongly with quarks, and at the same time the Higgs boson has a moderate but not too strong coupling to the heavy composite resonances.

연구 동기 및 목표

• 복합 힉스 모형에서 새로운 강하게 상호작용하는 섹터를 포함하고, 무거운 벡터 삼중항과 힉스 두중항을 수반하는 모형의 현상학적 타당성을 탐색한다.
• 표준모형의 실험 제약 조건을 위반하지 않으면서 힉스 보손이 새로운 복합 공명 상태와 강하게 결합할 수 있는지 평가한다.
• Zb̄b 접합점, 오블리크 매개변수(S와 T), 힉스 질량(126 GeV), 이중광자 붕괴율이 모형 매개변수에 미치는 제약 조건을 규명한다.
• 전자약력 정밀도 데이터와 LHC 측정치와 일치하는 모형의 매개변수 영역을 규명한다.

제안 방법

• 복합성 스케일 Λ = 4πv ≈ 3 TeV 이하에서 표준모형 필드와 SU(2)L 삼중항의 무거운 벡터 공명 상태를 포함하는 효과적 카이랄 라그랑지안을 수립한다.
• 무거운 벡터는 은폐 국소 대칭에서 기인한다고 가정하여, κ1 = 2κ0 = 2κ2 = 1/g²ρ를 통해 그 자체 및 게이지 보손과의 상호작용의 구조를 고정한다.
• 1차원 루프 보정을 통해 Zb̄b 접합점의 직접 결합 gρqq 를 제약 조건으로 삼는다.
• 라그랑지안에서 유도된 중성 및 양성 게이지 보손의 질량 행렬을 사용하여 오블리크 S 및 T 매개변수를 평가한다.
• 힉스 이중광자 붕괴율과 126 GeV의 힉스 질량 조건을 분석하여, 힉스와 무거운 공명 상태 간의 결합 강도를 제약 조건으로 삼는다.
• 무거운 벡터 공명 상태의 붕괴 채널과 그 분해율을 유도하여 현상학적 서명을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강하게 상호작용하는 복합 힉스 섹터와 무거운 벡터 삼중항이 현재의 전자약력 정밀도 데이터와 일치할 수 있는가?
• RQ2 Zb̄b 접합점과 126 GeV의 힉스 질량은 힉스 보손과 새로운 무거운 공명 상태 간의 결합에 얼마나 강한 제약을 가하는가?
• RQ3 오블리크 S 및 T 매개변수의 제약은 모형에 어떻게 작용하며, 실험적 제한과 괴리가 있는가?
• RQ4 힉스 이중광자 붕괴율은 새로운 벡터 공명 상태와의 강한 결합과 호환되는가?
• RQ5 Zb̄b 접합점과 힉스 질량과의 괴리 없이 복합 힉스를 유지할 수 있는 매개변수 영역은 어디인가?

주요 결과

• T 및 S 오블리크 매개변수는 모형에 대해 강한 제약 조건을 부과하지 않으며, 다양한 매개변수 범위에서 95% 신뢰수준 실험 제한 내에 머무른다.
• 힉스 이중광자 붕괴율은 중요한 제약 조건을 부과하지 않으며, 중간 정도에서 강한 결합 조건에서도 측정된 값과 호환된다.
• Zb̄b 접합점은 무거운 벡터 공명 상태와 쿼크 간의 직접 결합 gρqq 에 대해 엄격한 상한선을 제시하며, 이는 표준모형에서의 편차를 피하기 위해 작은 값을 요구한다.
• 126 GeV의 힉스 보존 질량 요구 조건은 힉스와 무거운 복합 공명 상태 간의 결합 강도를 중간 정도로 제한하며, 너무 약하거나 너무 강한 결합을 방지한다.
• 모형은 무거운 벡터 공명 상태가 쿼크와 강하게 결합하지 않으며, 힉스 보손이 새로운 공명 상태와 중간 정도로 결합하는 경우에만 타당하다.
• 효과적 결합 gC 와 힉스 질량 간의 괴리 문제는 향후 연구에서 추가적인 무거운 페르미온을 스펙트럼에 포함시켜 완화할 수 있을 것으로 보이나, 이는 향후 연구에 남겨진다.