[論文レビュー] Naturalness in the Dark at the LHC

Nathaniel Craig, Andrey Katz+2 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Jan 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 18

ひとこと要約

本稿では、トップパートナが色 singlet である最小限の「義理の」二重ヒッグス模型を提案する。これにより、二重強い相互作用とヒッグスポータルを持つダークセクターが生じる。自然性は、配置された二重ハドロンを伴う非自明なヒッグス崩壊を好む。これは、配置された頂点や運動量欠損を伴う顕著なLHCシグネチャを生じさせ、従来の色を持つトップパートナとは異なる、実験的に検出可能な、小さな階層問題への代替的解決策を提供する。

ABSTRACT

We revisit the Twin Higgs scenario as a "dark" solution to the little hierarchy problem, identify the structure of a minimal model and its viable parameter space, and analyze its collider implications. In this model, dark naturalness generally leads to Hidden Valley phenomenology. The twin particles, including the top partner, are all Standard-Model-neutral, but naturalness favors the existence of twin strong interactions -- an asymptotically-free force that confines not far above the Standard Model QCD scale -- and a Higgs portal interaction. We show that, taken together, these typically give rise to exotic decays of the Higgs to twin hadrons. Across a substantial portion of the parameter space, certain twin hadrons have visible and often displaced decays, providing a potentially striking LHC signature. We briefly discuss appropriate experimental search strategies.

研究の動機と目的

• 色を持たないトップパートナに注目した『ダーク』な小さな階層問題の解決策として、二重ヒッグスのシナリオを再検討すること。
• 義理の二重ヒッグス模型の最小限の粒子内容と実現可能なパラメータ空間を特定すること。
• 特に配置された頂点を伴う二重ハドロンへの非自明なヒッグス崩壊を含む、加速器の素粒子物理学的現象を分析すること。
• これらのシグネチャのための的を射ねたLHC探索戦略を提案すること、特に配置された頂点と一部可視の崩壊を含む。

提案手法

• 二重色ゲージ群、QCDスケールで漸近的自由性を満たし、ヒッグスポータル結合を持つ最小限の「義理の」二重ヒッグス模型を構築する。
• 有効場理論のマッチングを用いて電弱の調整を計算し、ヒッグス質量への量子補正を推定する。
• 二重QCDを用いて二重ハドロン生成をモデル化し、グルーアイランドとクォーカイオンを含む。また、標準模型の光子との混合を介してその崩壊モードを計算する。
• ヒッグス崩壊から二重ハドロンへの過程を分析し、LHCで検出可能な配置された崩壊が生じる運動論的領域に注目する。
• ヒッグスポータルと混合を介して二重セクターを標準模型の最終状態に接続し、一部可視のシグネチャを可能にする。
• ベンチマークモデルと探索戦略を提案する。特に、単一および二重の配置された頂点探索を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 色を持たないトップパートナを有する最小限の二重ヒッグス模型でも、色を持つパートナが存在しない状況で自然性を達成できるか？
• RQ2 このモデルにおいて、特に配置された崩壊を伴う場合、ヒッグス崩壊から二重ハドロンへの主要な加速器のシグネチャは何か？
• RQ3 混合とヒッグスポータル結合は、LHCにおける一部可視の信号をどのように可能にするか？
• RQ4 これらのシグネチャが最も顕著に現れるパラメータ空間の領域はどこか？
• RQ5 配置された頂点と二重ハドロン崩壊からの運動量欠損を検出するための、LHC探索戦略で最も効果的なものは何か？

主な発見

• 二重ハドロンへの非自明なヒッグス崩壊は、特に二重QCDスケールが大きく、二重クォークが軽い領域において、パラメータ空間の広い範囲で主要なシグネチャとなる。
• 特にグルーアイランドとボトムォニアの二重ハドロンの配置された崩壊は、運動量欠損を伴う検出可能な配置された頂点を生じさせ、LHCの主要なシグネチャを形成する。
• 小さな混合（ε ≲ 10⁻¹）では、ヒッグス崩壊からγ + 運動量欠損、またはγγ + 運動量欠損への過程が顕著となり、特に二重ハドロン生成率が高い領域で顕著になる。
• 質量が約1 GeV未満の二重光子は、高多重度の最終状態（≥4光子）を生じさせ、レプトンまたはハドロン対に崩壊する。そのシグネチャは、εに依存して即時的または配置されたものとなる。
• 配置されたレプトン対や多レプトン最終状態の探索は感受性が高く、しかしcτ > 10 mでは制約が著しく弱まり、新たな信号領域が依然として有効である。
• モデルは、CおよびD領域において、ϒ(1S)崩壊からのμ⁺μ⁻ + 運動量欠損最終状態が一般的であると予測しており、発見に向けた特徴的なシグネチャを提供する。