[论文解读] A radiatively improved fermiophobic Higgs boson scenario

Emidio Gabrielli, B. Mele|arXiv (Cornell University)|Dec 27, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用 4

一句话总结

本文提出了一种辐射修正的费米子禁闭型希格斯玻色子模型，其中费米子的 Yukawa 耦合通过高能截断尺度 Λ 的重整化群演化生成，解决了朴素费米子禁闭模型在量子修正下不稳定的缺陷。结果表明，直线对撞机对于精确测量分支比并约束 Λ 尺度至关重要，尤其在希格斯玻色子质量低于 150 GeV 时。

ABSTRACT

The naive fermiophobic scenario is unstable under radiative corrections, due to the chiral-symmetry breaking induced by fermion mass terms. In a recent study, the problem of including the radiative corrections has been tackled via an effective field theory approach. The renormalized Yukawa couplings are assumed to vanish at a high energy scale $Λ$, and their values at the electroweak scale are computed via modified Renormalization Group Equations. We show that, in case a fermiophobic Higgs scenario shows up at the LHC, a linear collider program will be needed to accurately measure the radiative Yukawa structure, and consequently constrain the $Λ$ scale.

研究动机与目标

• 解决由于非零费米子质量导致的规范对称性破缺，使朴素费米子禁闭型希格斯模型在辐射修正下不稳定的缺陷。
• 建立一个通用的有效场论框架，其中 Yukawa 耦合在高能标 Λ 处为零，但在电弱尺度通过辐射修正生成。
• 使用独立处理费米子质量与 Yukawa 耦合的修正重整化群方程，计算 Yukawa 耦合的主导对数辐射修正。
• 评估该模型在 LHC 上的可探测性，以及直线对撞机计划在精确测量中的必要性。
• 确定 Higgs 分支比（特别是 H→bb、H→γγ 和味改变型 H→bs）对尺度 Λ 的敏感性，从而实现其实验测定。

提出的方法

• 采用有效场论方法，假设在高能标 Λ ≫ mH 处 Yukawa 耦合为零，同时允许费米子质量引发规范对称性破缺。
• 使用独立于标准模型中 Higgs 驱动质量生成机制的修正重整化群方程，将 Yukawa 耦合与费米子质量视为独立参数。
• 通过一阶圈阈值条件，在电弱尺度计算由紫外完成（UV completion）高于 Λ 的辐射生成 Yukawa 耦合。
• 利用辐射生成的耦合，评估 LHC 和直线对撞机上的 Higgs 分支比与产生截面。
• 分析 H→γγ、H→bb、H→cc、H→ττ 以及味改变型 H→bs 衰变对不同希格斯质量下 Λ 尺度的敏感性。
• 使用 HiggsBounds 3.4.0beta 确定基于当前 LHC 约束条件的 (mH, Λ) 平面中的排除区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在树图级费米子耦合为零的费米子禁闭型希格斯模型中，辐射修正如何重新生成 Yukawa 耦合？
• RQ2 规范对称性破缺尺度 Λ 对电弱尺度下 Higgs 分支比（特别是 BR(H→bb) 和 BR(H→γγ)）有何影响？
• RQ3 尽管胶球融合产生被抑制，LHC 能在多大程度上探测到轻量级费米子禁闭型希格斯玻色子（mH < 150 GeV）？
• RQ4 直线对撞机对 H→bb 和 H→γγ 的测量对尺度 Λ 的敏感度如何？能否以足够精度确定 Λ？
• RQ5 在改进的费米子禁闭型模型中，希格斯玻色子衰变为不同费米子对（如 H→cc、H→ττ、H→bs）的预期分支比与相关性如何？

主要发现

• 随着 Λ 减小，总 Higgs 宽度增大，在 mH = 120 GeV 且 Λ = 10^4 GeV 时，最大可达 SM 宽度的 10 倍，这是由于辐射费米子衰变增强所致。
• 当 mH = 120 GeV 且 Λ = 10^4 GeV 时，BR(H→γγ) 超过 SM 值约 30 倍；而当 Λ = 10^16 GeV 时，BR(H→bb) 趋近于 SM 值。
• 在 LHC 上，通过 VBF 产生过程的 FP 希格斯信号速率（H→γγ 和 H→WW/ZZ）在 mH < 130 GeV 时可能超过 SM 值，从而避开当前 Tevatron 和 LHC 的排除界限。
• 在 √S = 350 GeV 条件下，直线对撞机中 e⁺e⁻ → ZH → Zb̄b 的截面对 Λ 极其敏感，当 Λ < 10^16 GeV 时可观察到显著偏离 SM 的信号。
• 当 Λ = (10^4 – 10^16) GeV 时，味改变型 H→bs 的分支比可达 (10⁻⁴ – 10⁻³)，远大于 SM 中的 < 10⁻⁷，使其成为探测新物理的关键探针。
• BR(H→cc)、BR(H→ττ) 与 BR(H→bb) 之间的相关性为确定 Λ 提供了独特信号，尤其当与直线对撞机上的 H→γγ 测量结果结合时更为显著。