[论文解读] A minimally tuned composite Higgs model from an extra dimension

Duccio Pappadopulo, Andrea Thamm+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 13, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用 16

一句话总结

该论文提出了一种通过在额外维度上紧化五维体规场的特定SO(5)表示中嵌入标准模型场，从而实现最小调谐的五维复合希格斯模型。希格斯粒子作为SO(5)/SO(4)自发对称性自发破缺产生的伪戈尔登玻色子，且费米子表示的选择抑制了二次发散，实现了电弱精确测试所允许的最小调谐。该模型预言了一种新的奇异夸克Υ，其电荷为+8/3，衰变为W⁺W⁺W⁺b，为大型强子对撞机上的发现或排除提供了独特信号。

ABSTRACT

We construct and study the 5D realization of a composite Higgs model with minimal tuning. The Higgs is a (pseudo-)Goldstone boson from the spontaneous breaking of a global SO(5) symmetry to an SO(4) subgroup. The peculiarity of our construction lies in the specific choice of the SO(5) representations of the 5D fermions from which the Standard Model fields arise as chiral zero modes. This choice reduces the tuning of these models to the minimal model-independent value allowed by electroweak precision tests. We analyse the main differences between our 5D construction and other descriptions in terms of purely 4D field theories. 5D models are generally more constrained and show a generic difficulty in accommodating a light Higgs without reintroducing large corrections to the \hat{S} parameter. We propose a specific construction in which this tension can be, even though accidentally, relaxed. We discuss the spectrum of the top partners in the viable regions of parameter space and predict the existence of light exotic quarks, Υ, of charge 8/3 whose striking decay channel Υ o W^+W^+W^+ b can lead to either exclusion or confirmation of the model in the near future.

研究动机与目标

• 构建一个在五维额外维度中实现的复合希格斯模型，以最小化希格斯扇区的调谐。
• 解决在五维模型中轻希格斯与S参数大修正之间的张力问题。
• 实现与电弱精确测试一致的最小调谐情景。
• 识别新的、可能被发现的奇异态，特别是电荷为+8/3的顶夸克伙伴。
• 提供一种避免四维构造中精细调谐问题的五维复合希格斯模型实现。

提出的方法

• 将标准模型费米子嵌入在紧化于翘曲额外维度的五维体费米子的特定SO(5)表示中。
• 利用五维费米子的轴子零模实现SM夸克和轻子，其中希格斯作为SO(5)/SO(4)破缺产生的伪戈尔登玻色子。
• 在紫外和红外膜上施加边界条件，以正确生成SM场的量子数和手征性。
• 通过涉及Kaluza-Klein共振态的圈修正计算S和T参数，采用第一种矢量KK共振态质量作为对数截断。
• 使用全息技术将五维理论映射为包含顶夸克伙伴谱和奇异态的四维有效描述。
• 从五维费米子表示内容推导出顶夸克伙伴和奇异夸克的谱，特别是电荷为+8/3的Υ态。

实验结果

研究问题

• RQ1 五维复合希格斯模型能否实现电弱精确测试所允许的最小调谐？
• RQ2 在具有轻希格斯的五维模型中，尽管此类理论普遍存在张力，如何保持S参数较小？
• RQ3 在此五维构造中，顶夸克伙伴和奇异费米子的实证信号是什么？
• RQ4 五维费米子SO(5)表示的特定选择能否自然抑制希格斯势中的二次发散？
• RQ5 新的奇异夸克（特别是电荷为+8/3的Υ态）会产生哪些独特衰变道？

主要发现

• 该模型实现了电弱精确测试所允许的最小调谐，对应截断尺度约为450 GeV。
• S和T参数计算显示其随截断尺度对数发散，当截断设为第一种矢量KK共振态质量时，模型仍与实验约束一致。
• 顶夸克伙伴包括一种新的奇异夸克Υ，其电荷为+8/3，预测其将衰变为W⁺W⁺W⁺b，具有独特末态。
• Υ态源于五维费米子表示内容及其耦合，其衰变宽度主要由W⁺W⁺W⁺b通道主导，原因在于其量子数和耦合特性。
• 该模型预言了质量接近TeV量级的顶夸克伙伴谱，其中最轻的奇异夸克态为Υ，未来可能在大型强子对撞机上被发现或排除。
• 通过费米子表示的特定选择，该五维构造即使偶然地也成功缓解了轻希格斯与S参数之间的张力。