[论文解读] Oblique corrections from less-Higgsless models in warped space

Hisaki Hatanaka|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 39被引用 4

一句话总结

本文通过用参数化为质量尺度 $M$ 的广义罗宾边界条件取代TeV膜上的狄利克雷边界条件，重新审视了翘曲额外维中的无希格斯模型。计算了树幅的斜向 $S$、$T$ 和 $U$ 参数，发现为满足95%置信水平的精确性约束，第一代卡鲁扎-克莱因 $Z'$ 玻色子质量必须超过8 TeV，且当 $R^{-1} = 10^8$ GeV 时，$M$ 必须小于70 GeV。该模型表明，膜上局域的质量项可模拟希格斯真空期望值，从而实现对 $HWW$、$HZZ$ 耦合及KK共振态的可检验预测。

ABSTRACT

The Higgsless model in warped extra dimension is reexamined. Dirichlet boundary conditions on the TeV brane are replaced with Robin boundary conditions which are parameterized by a mass parameter $M$. We calculate the Peskin-Takeuchi precision parameters $S$, $T$ and $U$ at tree level. We find that to satisfy the constraints on the precision parameters at $99 \%$ [$95 \%$] confidence level (CL) the first Kaluza-Klein excited $Z$ boson, $Z'$, should be heavier than 5 TeV [8 TeV]. The Magnitude of $M$, which is infinitely large in the original model, should be smaller than 200 GeV (70 GeV) for the curvature of the warped space $R^{-1}=10^{16}$ GeV ($10^{8}$ GeV) at $95\%$ CL. If the Robin boundary conditions are induced by the mass terms localized on the TeV brane, from the $99\%$ [$95\%$] bound we find that the brane mass interactions account for more than $97\%$ [$99\%$] of the masses of $Z$ and $W$ bosons. Such a brane mass term is naturally interpreted as a vacuum expectation value of the Higgs scalar field in the standard model localized on the TeV brane. If so, the model can be tested by precise measurements of $HWW$, $HZZ$ couplings and search for 1st Kaluza-Klein excited states.

研究动机与目标

• 解决原始翘曲额外维无希格斯模型中斜向 $S$ 与 $T$ 参数显著偏离的问题。
• 探讨广义罗宾边界条件（以质量尺度 $M$ 参数化）是否能抑制这些斜向修正，同时保持电弱对称性自发破缺。
• 根据95%与99%置信水平的精确电弱数据，确定 $Z'$ 玻色子质量与 $M$ 参数的约束条件。
• 研究该模型中膜上局域质量项是否可被解释为希格斯真空期望值，从而实现对 $HWW$、$HZZ$ 耦合及 $Z'$ 共振态搜索的可检验预测。

提出的方法

• 在TeV膜上引入罗宾边界条件，取代原始的狄利克雷条件，其中参数 $M$ 控制从无希格斯到未破缺对称性的过渡。
• 通过使用贝塞尔函数和波函数匹配求解修改后的边界值问题，推导出 $W$、$Z$ 和光子模的卡鲁扎-克莱因（KK）质量谱。
• 利用罗宾边界条件下获得的波函数与质量谱，树幅计算佩斯金-竹内 $S$、$T$ 与 $U$ 参数。
• 分析 $W$ 与 $Z$ 玻色子的质量结构，表明随着 $M$ 减小，膜上局域质量项对质量的贡献超过卡鲁扎-克莱因动量贡献。
• 将膜质量项等同于标准模型中的希格斯真空期望值，从而实现对 $HWW$、$HZZ$ 耦合及 $Z'$ 共振态搜索的预测。
• 对两种曲率尺度进行数值分析：$R^{-1} = 10^{16}$ GeV 与 $10^8$ GeV，应用来自LHC第一阶段与第二阶段的实验限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 以 $M$ 参数化的罗宾边界条件如何影响翘曲无希格斯模型中的斜向 $S$、$T$ 与 $U$ 参数？
• RQ2 为满足95%与99%置信水平的精确电弱约束，$Z'$ 玻色子质量的下限是多少？
• RQ3 在满足斜向参数实验约束的前提下，$M$ 参数的最大值是多少？
• RQ4 当 $M$ 减小时，膜上局域质量项对 $W$ 与 $Z$ 玻色子质量的贡献程度如何？
• RQ5 该模型中的膜上质量项在多大程度上可自然地等同于希格斯真空期望值？其可检验的理论后果是什么？

主要发现

• 为满足精确性约束，第一代卡鲁扎-克莱因 $Z'$ 玻色子质量必须超过5 TeV（99% CL）与8 TeV（95% CL）。
• 在95% CL下，当 $R^{-1} = 10^{16}$ GeV 时，$M$ 必须小于200 GeV；当 $R^{-1} = 10^8$ GeV 时，$M$ 必须小于70 GeV，才能与斜向参数界限保持一致。
• 在99% CL下，当 $R^{-1} = 10^{16}$ GeV 时，膜质量相互作用对 $W$ 与 $Z$ 玻色子质量的贡献超过97%，在95% CL下更超过99%。
• 该模型通过膜上局域质量项实现类似希格斯机制，可解释为希格斯真空期望值，从而实现对 $HWW$ 与 $HZZ$ 耦合的可检验预测。
• $M$ 参数与 $Z'$ 质量成反比：$M$ 越小，$Z'$ 质量越大，斜向修正越小。
• 当 $R^{-1} = 10^8$ GeV 时，该模型在 $M \lesssim 70$ GeV 范围内仍具物理可行性，且 $Z'$ 质量高于8 TeV，与当前LHC限制一致。