[論文レビュー] The Composite Twin Higgs scenario

Riccardo Barbieri, Davide Greco+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、ヒッグス項の対称性保護と選択則を用いて微調整を回避する、合成的ツインヒッグス模型を提案する。ツイン hypercharge をゲージ化せず、ツイン対称性を合成系でのみ破ることで、質量ゼロのツイン光子を回避しつつ、SO(8)/SO(7) 対称性の自発的破れによるツインヒッグス機構を維持する。この構造により、7つのゴルドストーン粒子のうち1つが標準模型ヒッグス粒子として実現される。

ABSTRACT

Based on an explicit model, we propose and discuss the generic features of a possible implementation of the Twin Higgs program in the context of composite Higgs models. We find that the Twin Higgs quadratic divergence cancellation argument can be uplifted to a genuine protection of the Higgs potential, based on symmetries and selection rules, but only under certain conditions which are not fulfilled in some of the existing models. We also find that a viable scenario, not plagued by a massless Twin Photon, can be obtained by not gauging the Twin Hypercharge and taking this as the only source of Twin Symmetry breaking at a very high scale.

研究の動機と目的

• 合成ヒッグス枠組みにおいてツインヒッグス機構を実現し、微調整なしに自然性を保証すること。
• 多くのツインヒッグス模型が直面する質量ゼロのツイン光子問題を解決すること。
• 二次的発散のキャンセレーションを越えて、純粋に対称性に基づくヒッグス項の保護機構を確立すること。
• 標準模型ヒッグスが、SO(8) 全体対称性が SO(7) に自発的破れする合成系から生じる擬スカラー・ゴルドストーン粒子として実現される、実現可能なモデルを構築すること。

提案手法

• TeV スケールで自発的破れが起こる、SO(8) 全体対称性を持つ合成ヒッグス模型を実装し、7つのゴルドストーン粒子を生成する。
• 標準模型電弱群 SU(2)L × U(1)Y と SO(8) の生成子から得られるツイン SU(2)L をゲージ化するが、ツイン hypercharge はゲージ化しない。
• SO(8) 構造を用いて標準模型とツイン系を統合し、ヒッグスダブルレットが SO(4) ⊂ SO(7) の 4 重項として変換する 4 つのゴルドストーン粒子から生じることを埋め込む。
• 標準模型およびツインゲージ群に作用する、基本表現の重いフェルミオン多重項を導入し、Z2 と非線形的 SO(7) 回転を用いて明示的なツイン対称性を実現する。
• ツイン対称性の破れの唯一の原因が、ゲージ相互作用ではなく合成系のダイナミクスであることを保証することで、質量ゼロのツイン光子を回避する。
• 弱く結合するエレメンタリ/コンポジット相互作用を摂動的に取り扱い、対称性破れ効果が低エネルギースペクトルに与える影響を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ツインヒッグス機構を、真の対称性に基づくヒッグス項の保護を備えた合成ヒッグス模型に一貫して組み込むことは可能か？
• RQ2 ツインヒッグス機構における二次的発散キャンセレーションが、堅牢な対称性および選択則に基づく保護に昇格する条件は何か？
• RQ3 合成フレームワークにおいてツインヒッグス機構を維持しつつ、質量ゼロのツイン光子を回避することは可能か？
• RQ4 SO(8)/SO(7) の構造と特定部分群のゲージ化が、カスティドル保護および T 定数の制約に与える影響は何か？
• RQ5 混合電荷を有するフェルミオン状態は、標準模型とツイン系の間の相互作用を媒介する役割を果たすか？

主な発見

• ツインヒッグスの二次的発散キャンセレーションは、ツイン hypercharge がゲージ化されていない限り、真の対称性および選択則に基づくヒッグス項の保護に昇格可能である。
• ゲージ化されていないツイン hypercharge が高エネルギースケールでツイン対称性破れの唯一の原因であることで、質量ゼロのツイン光子を伴わない実現可能なモデルが達成される。
• 標準模型ヒッグス粒子は、SO(8)/SO(7) の 7 つのゴルドストーンモードから生じる擬スカラー・ゴルドストーン粒子として実現され、特定の生成子に沿った真空期待値が標準模型ゲージボソンに質量を与える。
• ツイン W ボソンは、部分的破れの $ ilde{SO}(4)$ 部分群のおかげで質量を持ち、その縦モードが7つのゴルドストーン粒子のうち3つから生じる。
• 非線形的に実現されるツイン対称性は、Z2 交換とゴルドストーン場に依存する SO(7) 回転の組み合わせで実現され、適切なツインパートナの同定を保証する。
• 重いフェルミオン多重項は、基本表現の SO(8) に従い、SM およびツイン状態に分解され、混合量子数を有することで、両系間の自然なポータルを提供する。