[논문 리뷰] Limit on Higgs boson trilinear self-coupling in coupled technicolor models

A. Doff, A. A. Natale|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 ETC 또는 GUT 상호작용을 통해 QCD와 TC 동역학이 결합된 연계 기술색역(technicolor, TC) 모델에서 삼중선 힉스 보손 자기상호작용을 조사한다. CMS 협동조합의 κλ 결합 수정자에 대한 실험적 제약 조건을 사용하여, 기술 Fermion의 자기에너지 동역학을 제약하고, 이로 인해 400 GeV 이상의 진위 골드스톤 보손 질량을 예측한다. 이는 이러한 상태가 이전에 상정된 것보다 훨씬 무겁을 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The trilinear self-coupling of the Higgs boson, in a theory in which this boson is composite, is compared to the experimental bound of this quantity obtained by the CMS experiment. In the case of a model where technicolor (TC) is coupled to QCD, we find that the experimental result already constrain the dynamics of the theory, which is represented by an expression of the technifermion self-energy ($\Sigma_{tc}$) typical of technicolor coupled models, and function of the dynamically generated technifermion mass and two other parameters that describe the technifermion dynamical mass momentum dependence. The limits imposed on this dynamics allow us to make a simple determination of pseudo-Goldstone boson masses that appear in these theories, indicating that these bosons may be expected to be quite massive.

연구 동기 및 목표

• 연계된 기술색역 이론에서 복합 힉스 모델의 동역학에 실험적 한계가 미치는 영향을 평가하기 위해.
• CMS의 κλ에 대한 실험적 제약 조건이 연계된 TC-QCD 모델에서 기술 Fermion 자기에너지 함수를 어떻게 제약하는지 규명하기 위해.
• 이론적 동역학을 제약한 바탕으로 자발적 카이랄 대칭 붕괴에서 기인하는 진위 골드스톤 보손의 질량을 추정하기 위해.
• 관측된 힉스 결합 한계가 강하게 결합된 TC 프레임워크 내에서 타당한 매개변수 공간을 이미 배제하거나 제약하는지 평가하기 위해.
• 이러한 제약 조건이 새로운 복합 상태의 질량 척도, 특히 중성자 및 색깔을 띤 기술피온에 미치는 영향을 탐색하기 위해.

제안 방법

• LHHH = κλλSMHHH vH³로 표현된 삼중선 힉스 자기상호작용을 사용하며, κλ는 CMS의 95% 신뢰수준 제약 조건에서 유도됨: −3.3 < κλ < 8.5.
• 연계된 TC-QCD 모델에서 수정된 기술 Fermion 자기에너지 Σ(p²)를 적용하여, 동적 질량(µtc)과 파라미터 δ1 및 δ2를 통한 운동량 의존 보정을 통합함.
• 복합 힉스의 성격에서 기인하는 삼중선 힉스 결합을 도출하며, 이는 결합 상태 내의 파동함수 겹침과 구성 입자의 수와 연결됨.
• 계산된 결합 상수가 CMS 관측 범위 내에 있도록 하기 위해 실험 제약 조건을 δ1 및 δ2에 적용함.
• 구성 기술 Fermion의 현재 질량을 바탕으로 단순화된 합칙을 사용하여 진위 골드스톤 보손 질량을 추정: mΠ ≈ m1 + m2.
• 질량 추정치에서 QCD 결합 효과를 보정하기 위해 약한 결합을 강한 결합(αs)으로 대체함으로써 예측 질량을 증가시킴.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Higgs 삼중선 자기상호작용(κλ)에 대한 실험적 한계가 연계된 기술색역 모델에서 기술 Fermion 자기에너지의 동역학을 어떻게 제약하는가?
• RQ2 CMS의 κλ 제약 조건이 복합 힉스 시나리오에서 진위 골드스톤 보손의 질량 척도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 ETC/GUT 상호작용을 통한 QCD-기술색역 혼합을 포함할 경우, 고립된 TC 모델에 비해 예측된 삼중선 힉스 결합이 얼마나 달라지는가?
• RQ4 관측된 Higgs 결합 범위가 경량의 진위 골드스톤 보손을 지닌 특정 유형의 연계 기술색역 모델을 이미 배제하거나 제약할 수 있는가?
• RQ5 반사적 보정과 강한 결합 효과는 양성자, 색깔을 지닌, 중성 기술피온의 예측 질량에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• CMS의 삼중선 힉스 결합에 대한 실험적 제약 조건(95% 신뢰수준에서 −3.3 < κλ < 8.5)은 이미 연계된 TC 모델에서 기술 Fermion 자기에너지의 동역학에 비트리비얼한 제약 조건을 부과한다.
• 기술색역 스케일 µtc ≈ 1 TeV 이며, 기술 Fermion 수 nF = 2에서 6일 경우, 제약된 파라미터 δ1 및 δ2는 중성 기술 Fermion 질량 mN ≈ 100–151 GeV을 이끌어낸다.
• 간단한 합칙을 사용하여 진위 골드스톤 보손 질량을 추정한 결과, 중성 기술피온(ΠN)의 질량은 약 200–460 GeV로 추정된다.
• 색깔을 지닌 양성자 및 충전된 진위 골드스톤 보손(예: Π(3), Π(8))은 QCD 보정 강화와 더 큰 결합 상수로 인해 400 GeV 이상의 질량을 예측한다.
• 약한 결합을 강한 결합(αs)으로 대체함으로써 QCD 보정을 적용한 결과, 예측 질량이 크게 증가하여 이러한 상태들이 현재 LHC 탐색의 범위를 초월할 수 있음을 시사한다.
• 결과적으로, 만약 연계된 기술색역 모델이 자연에서 실현된다면, 그 진위 골드스톤 보손은 무겁고, 0.5 TeV 이상의 질량을 지닐 가능성이 높으며, 이는 경량의 복합 힉스 보조 입자를 지닌 이론에 도전하는 바이다.