[論文レビュー] Unitary Higgsless and Higgsful Standard Models from Spontaneous Dimensional Reduction and Weak Boson Scattering at the LHC

Hong-Jian He, Zhong-Zhi Xianyu|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、高エネルギーで時空次元が減少する、陽的な次元還元（SDR）に基づく、ユニタリなヒッグスなし・ヒッグスありの標準模型フレームワークを提案する。SDRを非線形的に実現された電弱ゲージ理論に組み込むことで、ヒッグス粒子が存在しない状況でも、縦方向のWボソン散乱におけるユニタリティが保たれ、さらに、異常なゲージカップリングを伴うヒッグスありの標準模型における階層問題を解決できることを示している。これはLHCにおけるWW散乱データによって、従来の標準模型とは区別可能である。

ABSTRACT

Spontaneous dimensional reduction (SDR) is a striking phenomenon predicted by a number of quantum gravity approaches which all indicate that the spacetime dimensions get reduced at high energies. In this work, we construct an effective theory of electroweak interactions based on the minimal Higgsless standard model with nonlinearly realized electroweak gauge symmetry and incorporating the spontaneous reduction of space-dimensions. Such a Higgsless standard model is manifestly renormalizable at high energies. In spite of no Higgs-boson-like excitations in our model, we reveal that the scattering amplitude of longitudinal weak bosons remains unitary at high energies. We further demonstrate that this can be discriminated from the conventional standard model (SM) and its extensions by the WW scattering experiments at the CERN LHC. Finally, we study an extension for the Higgsful SM with TeV-scale SDR, as a natural solution to the hierarchy problem. It contains either a light or heavy Higgs boson with anomalous gauge couplings. We show that the corresponding WW scattering cross sections become unitary at TeV scale under the SDR, but exhibit different behaviors.

研究の動機と目的

• 陽的な次元還元（SDR）を用いた、明示的にローレンツ不変なヒッグスなし電弱模型の構築。
• スペクトルにヒッグス粒子が存在しない状況でも、縦方向の弱いボソン散乱におけるユニタリティの確保。
• SDRがヒッグスありの標準模型における階層問題をどのように解決できるかの探求。
• CERN LHCにおけるWW散乱観測量を用いて、SDRに基づくモデルと従来の標準模型を区別すること。

提案手法

• 最小的ヒッグスなし標準模型に基づく、非線形的に実現されたゲージ対称性を有する有効電弱理論の構築。
• 高エネルギーにおける時空次元の減少を実現するため、陽的な次元還元（SDR）を導入。
• 高エネルギー領域で縦方向のWボソン散乱振幅が有限に保たれる、ユニタリなSDRに基づくヒッグスなしモデルの構築。
• TeVスケールのヒッグス粒子と異常なゲージカップリングを含むSDRに基づくモデルへの拡張。
• LHCにおけるWW散乱断面積の分析を通じて、SDRに基づくモデルと従来の標準模型を比較。
• 有効場理論的手法を用いてユニタリティ条件を導出し、実験データと照合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽的な次元還元（SDR）は、ヒッグス粒子が存在しない状況でも、縦方向のWボソン散乱におけるユニタリティを実現するメカニズムを提供できるか？
• RQ2 ヒッグスなしモデルにおけるSDRは、電弱相互作用のローレンツ不変性および高エネルギー行動にどのように影響を与えるか？
• RQ3 SDRは、ヒッグスありの標準模型における階層問題の自然な解決策として機能できるか？
• RQ4 SDRのLHCにおけるWW散乱シグネチャーは、従来の標準模型とどのように異なるか？
• RQ5 SDRに基づくヒッグスありモデルにおける異常なゲージカップリングは、TeVスケールにおけるWW散乱のユニタリティにどのように影響を与えるか？

主な発見

• SDRに基づくヒッグスなしモデルは、ヒッグス粒子が存在しないにもかかわらず、高エネルギー領域における縦方向のWボソン散乱におけるユニタリティを維持する。
• 次元還元による高エネルギー抑制のおかげで、モデルは明示的にローレンツ不変である。
• SDR機構により、従来の標準模型とは異なるWW散乱断面積が得られ、LHCにおける実験的区別が可能になる。
• ヒッグスありの拡張において、TeVスケールでのSDRは階層問題に対する自然な解決策を提供する。
• SDRに基づくヒッグスありモデルは、異常なゲージカップリングを伴う軽いまたは重いヒッグス粒子を予測し、TeVスケールでのWW散乱がユニタリになる。
• モデルは、標準模型とは異なる特徴的な物性的シグネチャーをWW散乱に示し、CERN LHCにおける検証可能な予測を提供する。