[论文解读] New theories for the Fermi scale

Christophe Grojean|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 90被引用 19

一句话总结

本文综述了在费米能标下新的物理模型，这些模型在不引入基本希格斯玻色子的情况下解决了层次问题与电弱对称性自发破缺问题。文章探讨了如小希格斯（Little Higgs）、复合希格斯（composite Higgs）和无希格斯（Higgsless）模型等理论，展示了它们如何通过Nambu–Goldstone模或高维规范动力学生成规范玻色子质量，关键信号包括Kaluza–Klein共振态和可被大型强子对撞机（LHC）或未来对撞机探测到的耦合修正。

ABSTRACT

Electroweak interactions need three Nambu-Goldstone bosons to provide a mass to the W and the Z gauge bosons but they also need an ultra-violet moderator or new physics to unitarize the gauge boson scattering amplitudes. In this talk, I will present various recent models of physics at the Fermi scale: several deformations of the Minimal Supersymmetric Standard Model, Little Higgs models, holographic composite Higgs models, 5D Higgsless models.

研究动机与目标

• 探索标准模型希格斯机制的可行替代方案，以解决层次问题并稳定电弱能标。
• 研究希格斯作为伪Nambu–Goldstone玻色子、复合态或额外维度中规范场组分的模型。
• 识别独特的对撞机信号，如Kaluza–Klein共振态和规范耦合的偏离，以区分这些模型与标准模型。
• 根据电弱精确测量数据、暗物质约束和宇宙学观测，评估这些模型的可行性。
• 强调对撞机物理、天体物理学与引力波探测在探测弱能标新物理方面的互补性。

提出的方法

• 分析最小超对称标准模型（MSSM）的形变，通过近似全局对称性稳定希格斯质量。
• 研究小希格斯模型，其中希格斯是受全局对称性保护的伪Nambu–Goldstone玻色子，顶夸克对希格斯质量的贡献通过集体对称性自发破缺被抵消。
• 研究基于强相互作用动力学的全息复合希格斯模型，其中希格斯作为新强相互作用的束缚态出现。
• 考虑五维无希格斯模型，其中希格斯被额外维度中的规范场取代，单位性由Kaluza–Klein激发态维持。
• 使用有效场论技术描述复合希格斯模型，并推导出对耦合和质量的约束。
• 评估对撞机信号，如向量玻色子融合和Kaluza–Klein共振态的Drell–Yan产生，估算在10 fb⁻¹亮度下LHC的发现能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不引入基本希格斯玻色子的情况下实现电弱对称性破缺，同时保持单位性和自然性？
• RQ2 哪些独特的对撞机信号（如Kaluza–Klein共振态或修正的规范耦合）可将无希格斯或复合希格斯模型与标准模型区分开来？
• RQ3 在具有全局或规范对称性的模型中，希格斯在多大程度上可作为伪Nambu–Goldstone玻色子实现，这如何影响其耦合性质？
• RQ4 近弱能标的强相互作用能否产生一个轻的希格斯样态，该态实为新强相互作用的复合束缚态，这又如何影响精确可观测量？
• RQ5 天体物理与宇宙学探测（如暗物质探测或随机引力波背景）在多大程度上可补充对撞机对费米能标新物理的搜寻？

主要发现

• 具有翘曲额外维度的无希格斯模型可通过W和Z玻色子的Kaluza–Klein激发态实现散射振幅的单位化，最轻的共振态在10 fb⁻¹积分亮度、700 GeV能量下可能被LHC探测到。
• 小希格斯模型通过集体对称性自发破缺实现自然性，其中顶夸克对希格斯质量的贡献被全局对称性抵消，从而保护希格斯质量免受二次发散影响。
• 基于强相互作用动力学的复合希格斯模型预测一个作为新强相互作用束缚态的轻希格斯样态，其与规范玻色子和费米子的耦合受复合程度影响。
• 复合希格斯模型的全息描述提供了与标准模型在2–3 TeV内匹配的有效场论，其希格斯耦合和顶夸克相互作用的偏离可能被未来对撞机探测。
• LHC在125 GeV能量范围内发现的希格斯样共振态与基本希格斯和复合希格斯情景均一致，但精确的耦合测量将是区分两者的决定性手段。
• 来自暗物质湮灭至希格斯玻色子的单能伽马射线线等天体物理信号，可能为希格斯产生提供直接证据，并将暗物质与电弱对称性破缺联系起来。