[论文解读] A Higgs Impostor in Low-Scale Technicolor

E. Eichten, Kenneth Lane+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用 14

一句话总结

本文提出，LHC 观测到的 125 GeV 玻色子并非标准模型 Higgs 玻色子，而是一种在低标度顶色理论（LSTC）中产生的赝标量 Higgs 伪装粒子（technipion，ηT），其 CP 量子数为 −1。由于与同位矢量 π⁰T 混合，形成 125 GeV 的物理态（ηL），其主要衰变为胶子，从而抑制了 WW∗ 和 ZZ∗ 的衰变率——提供了一种可检验的、替代标准模型 Higgs 的解释。

ABSTRACT

We propose a "Higgs impostor" model for the 125 GeV boson, $X$, recently discovered at the LHC. It is a technipion, $η_T$, with $I^G J^{PC} = 0^- 0^{-+}$ expected in this mass region in low-scale technicolor. Its coupling to pairs of standard-model gauge bosons are dimension-five operators whose strengths are determined within the model. It is easy for the gluon fusion rate $σB(gg o η_T o γγ)$ to agree with the measured one, but $η_T o ZZ^*,\,WW^*$ are greatly suppressed relative to the standard-model Higgs rates. This is a crucial test of our proposal. In this regard, we assess the most recent data on $X$ decay modes, with a critical discussion of $X o ZZ^* o 4\ell$. In our model the $η_T$ mixes almost completely with the isovector $π^0_T$, giving two similar states, $η_L$ at 125 Gev and $η_H$ higher, possibly in the range 170--190 Gev. Important consequences of this mixing are (1) the only associated production of et al is via $ o o W η_L$, and this could be sizable; (2) $η_H$ may soon be accessible in $gg o η_H o γγ$; and (3) LSTC phenomenology at the LHC is substantially modified.

研究动机与目标

• 将 LHC 中观测到的 125 GeV 玻色子解释为 technipion（ηT）而非标准模型 Higgs 玻色子。
• 解决该 125 GeV 状态在 ZZ∗→4ℓ 和 WW∗ 衰变率方面与标准模型预测之间的差异。
• 探讨在双标度 LSTC 模型中，同位旋标量 ηT 与同位旋矢量 π⁰T 混合的物理后果。
• 预测 LHC 中的新信号，包括 ρT→WηL 的关联产生以及一个更重的 ηH 状态。
• 提供一种可检验的、避免自然性与味物理问题的标准模型 Higgs 的替代方案。

提出的方法

• 提出一个包含扩展顶色相互作用（ETC）的双标度假设低标度顶色（LSTC）模型。
• 将 ηT 建模为 CP = −1 的伪戈戈利森玻色子，通过维度-5 的威斯-祖米诺-威滕（WZW）相互作用耦合至标准模型规范玻色子。
• 引入同位旋标量 ηT 与同位旋矢量 π⁰T 之间的混合，导致两个物理态：ηL（125 GeV）与 ηH（170–190 GeV）。
• 利用 WZW 耦合计算 ηL 的产生与衰变截面，显示 WW∗、ZZ∗ 及矢量玻色子融合过程的强烈抑制。
• 评估通过 ρT→WηL 的关联产生过程，由于混合效应，该过程的截面显著增强。
• 预测 ηH →γγ 的衰变分支比在 LHC 上可能可观测，截面可达 ∼0.25 pb。

实验结果

研究问题

• RQ1 在衰变率数据下，125 GeV 玻色子是否可被解释为 technipion 而非标准模型 Higgs？
• RQ2 为何该 125 GeV 态的 WW∗ 和 ZZ∗ 衰变率显著低于标准模型预测？
• RQ3 在双标度假设 LSTC 模型中，ηT 与 π⁰T 混合的唯象学后果是什么？
• RQ4 是否存在一个更重的 Higgs 伪装态（ηH），其可在二光子通道中被观测到？
• RQ5 ηT 与 π⁰T 之间的混合如何影响 ρT 的衰变行为及 LHC 上的关联产生过程？

主要发现

• 125 GeV 态（ηL）主要通过胶子融合产生，几乎 100% 衰变为胶子，导致 γγ、WW∗ 和 ZZ∗ 衰变率被强烈抑制。
• ηL →γγ 的衰变率与 LHC 数据一致，而 ηL →WW∗ 和 ηL →ZZ∗ 的衰变率则显著低于标准模型 Higgs 的预测值。
• ηT 与 π⁰T 之间的混合导致一个质量为 170–190 GeV 的更重态 ηH 产生，其可能在二光子通道中被观测到。
• 由于相空间优势与混合效应，ρT →WηL 的衰变模式被增强，可能对 CDF 二喷注过剩信号有所贡献。
• ρT →WηL 信号可能与 Wπ⁰T 二喷注峰重叠，从而增加 CMS 上双玻色子过程建模的复杂性。
• 由于 π±TηL 衰变通道的开启，ρ±T →Zπ±T →ℓ+ℓ−jj 的衰变率预计降低 50–60%。