[论文解读] Nonstandard Higgs in Electroweak Chiral Lagrangian

Liming Wang, Qing Wang|arXiv (Cornell University)|May 10, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文通过构建包含希格斯粒子在线性与非线性实现形式下的通用有效理论，研究了非标准希格斯玻色子对电弱手征代数拉格朗日量（EWCL）的影响。利用一阶圈匹配，表明在 $p^4$ 阶 EWCL 中，仅有三个项 $ olimits\mathcal{L}_5$、$ olimits\mathcal{L}_7$ 和 $ olimits\mathcal{L}_{10}$ 受到希格斯的显著贡献，其可表示为 $ olimits\Gamma_{h\to WW}$ 与 $ olimits\Gamma_{h\to ZZ}$ 的函数，希格斯质量依赖关系揭示了在 $p^4$ 阶下存在非截断行为。

ABSTRACT

We add a nonstandard higgs into the traditional bosonic part of electroweak chiral Lagrangian, in purpose of finding out the contribution to EWCL coefficients from processes with internal line higgs particle. To construct the effective Lagrangian with higgs, we use low energy expansion scheme and write down all the independent terms conserving $SU(2) imes U_Y(1)$ symmetry in the nonlinear representation which we show is equivalent to the linear representation. Then we integrate out higgs using loop expansion technique at 1-loop level, contributions from all possible terms are obtained. We find three terms, $\mathcal{L}_5$, $\mathcal{L}_7$, $\mathcal{L}_{10}$ in EWCL are important, for which the contributions from higgs can be further expressed in terms of higgs partial decay width $Γ_{h o ZZ}$ and $Γ_{h o WW}$. Higg mass dependence of the coefficients in EWCL are discussed.

研究动机与目标

• 研究非标准希格斯玻色子如何影响低能下电弱手征代数拉格朗日量（EWCL）的系数。
• 构建一个包含希格斯场的通用有效理论，该理论在线性和非线性实现形式下均保持 $SU(2)\times U_Y(1)$ 对称性。
• 利用圈展开方法，计算希格斯对 EWCL 中 $p^2$ 和 $p^4$ 项的圈贡献。
• 将所得系数的改变用可观测的希格斯衰变宽度 $ olimits\Gamma_{h\to WW}$ 和 $ olimits\Gamma_{h\to ZZ}$ 表示。
• 分析这些系数的希格斯质量依赖性，特别是 $p^4$ 阶下不存在截断行为。

提出的方法

• 构建一个包含希格斯场、规范玻色子和戈戈利斯玻色子的通用有效拉格朗日量（EEWCL），保持 $SU(2)\times U_Y(1)$ 对称性。
• 利用希格斯的非线性实现形式，写出 EEWCL 中所有独立的 $p^4$ 阶相互作用项。
• 证明在有效理论层面，线性与非线性希格斯实现形式是等价的。
• 通过圈展开技术应用一阶圈匹配，积分掉重希格斯粒子，计算其对标准 EWCL 系数的贡献。
• 将 $p^4$ 阶系数 $ olimits\mathcal{L}_5$、$ olimits\mathcal{L}_7$ 和 $ olimits\mathcal{L}_{10}$ 的系数改变用 $ olimits\Gamma_{h\to WW}$ 和 $ olimits\Gamma_{h\to ZZ}$ 表示。
• 分析系数的希格斯质量依赖性，表明在 $p^4$ 阶下存在非截断行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $p^4$ 阶电弱手征代数拉格朗日量中，哪些项会受到重希格斯玻色子的一阶圈贡献？
• RQ2 希格斯引起的 EWCL 系数改变能否用物理可观测量（如 $ olimits\Gamma_{h\to WW}$ 和 $ olimits\Gamma_{h\to ZZ}$）表示？
• RQ3 希格斯质量如何影响 EWCL 的系数？在 $m_h \to \infty$ 极限下，$p^4$ 阶是否表现出截断行为？
• RQ4 标准模型希格斯是否是 EEWCL 中非标准希格斯耦合一般框架下的特例？
• RQ5 希格斯在改变 T 和 S 参数方面起什么作用？这种影响如何依赖于希格斯质量？

主要发现

• 在电弱手征代数拉格朗日量中，仅有三个 $p^4$ 阶项——$ olimits\mathcal{L}_5$、$ olimits\mathcal{L}_7$ 和 $ olimits\mathcal{L}_{10}$——会受到非标准希格斯的显著一阶圈贡献。
• 这些系数中来自希格斯的贡献可完全用部分衰变宽度 $ olimits\Gamma_{h\to WW}$ 和 $ olimits\Gamma_{h\to ZZ}$ 表示，从而将有效理论与可观测量联系起来。
• T 参数随希格斯质量增加而减小，与标准模型预期及数据拟合一致。
• S 参数的修正对 $m_h^2$ 的导数为负，表明在标准模型中，较重的希格斯与实验数据更吻合。
• 在 $p^4$ 阶下，希格斯并未从低能有效理论中截断；由于 $p^4$ 阶项中不存在 $m_h^{-1}$ 的抑制，非截断效应持续存在。
• 在标准模型极限下，所推导的系数对希格斯质量的依赖关系与已知结果一致，验证了该框架的自洽性。