[论文解读] Composite Higgs-Mediated FCNC

Kaustubh Agashe, Roberto Contino|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文研究了在复合希格斯模型中由希格斯玻色子介导的味改变中性流（FCNCs），表明费米子质量与 Yukawa 耦合之间的错位——由高维算符引起——即使在单个希格斯双态情况下，也能导致树图级 FCNC。关键结果是，若希格斯玻色子较轻且与新物理强耦合，则来自 $\epsilon_K$ 的复合尺度约束可与来自重自旋-1共振态的约束一样严格；但在伪戈尔迪森希格斯情况下，由于规范对称性，这些约束显著减弱，导致 $BR(t\to hc) \sim 10^{-4}$ 与 $BR(h\to tc) \sim 5\times10^{-3}$。

ABSTRACT

We discuss how, in the presence of higher-dimensional operators, the Standard Model (SM) fermion masses can be misaligned in flavor space with the Yukawa couplings to the Higgs boson, even with only one Higgs doublet. Such misalignment results in flavor-violating couplings to the Higgs and hence flavor-changing neutral current (FCNC) processes from tree-level Higgs exchange. We perform a model-independent analysis of such an effect. Specializing to the framework of a composite Higgs with partially composite SM gauge and fermion fields, we show that the constraints on the compositeness scale implied by epsilon_K can be generically as strong as those from the exchange of heavy spin-1 resonances if the Higgs is light and strongly coupled to the new states. In the special and well motivated case of a composite pseudo-Goldstone Higgs, we find that the shift symmetry acting on the Higgs forces an alignment of the fermion mass terms with their Yukawa couplings at leading order in the fermions' degree of compositeness, thus implying much milder bounds. As a consequence of the flavor-violating Higgs couplings, we estimate BR(t -> c h) ~ 10^{-4} and BR(h -> tc) ~ 5 x 10^{-3} both for a pseudo-Goldstone (if t_R is fully composite) and for a generic composite Higgs. By virtue of the AdS/CFT correspondence, our results directly apply to 5-dimensional Randall-Sundrum compactifications.

研究动机与目标

• 研究在复合希格斯模型中，由于费米子质量项与 Yukawa 耦合之间存在错位，是否可能产生树图级希格斯介导的 FCNC。
• 评估在存在此类错位时，来自 $\epsilon_K$ 的实验约束对复合尺度的强弱程度。
• 确定伪戈尔迪森希格斯的规范对称性如何改变味破坏耦合并削弱 FCNC 约束。
• 估算在一般与伪戈尔迪森希格斯情形下，稀有顶夸克与希格斯玻色子衰变（如 $t\to hc$ 与 $h\to tc$）的分支比。
• 通过 AdS/CFT 对应关系，建立这些效应在 5D 郎德尔-森德鲁模型中的相关性。

提出的方法

• 对诱导对夸克味破坏的希格斯耦合的维数为 6 的有效算符进行模型无关分析。
• 引入四类维数为 6 的算符：非导数 Yukawa 类项，以及三种涉及 $\Lambda^{-2}$ 抑制的、与希格斯相关的动能项修正。
• 通过 $\Delta F=2$ 有效拉格朗日量分析这些算符对 $B_d$ 与 $B_s$ 混合的影响，从希格斯交换计算威尔逊系数。
• 专门针对 SM 费米子与强动力学线性耦合的复合希格斯框架，评估复合分数的作用。
• 应用 AdS/CFT 对应关系将结果映射到 5D 郎德尔-森德鲁紧化模型，验证 4D 有效场论方法的适用性。
• 利用上型夸克 Yukawa 矩阵的 $\hat{y}^{u}_{32}$ 分量估算 $t\to hc$ 与 $h\to tc$ 的分支比，假设顶夸克完全复合。

实验结果

研究问题

• RQ1 在复合希格斯模型中，即使仅存在一个希格斯双态，树图级希格斯交换是否仍能介导 FCNC？
• RQ2 高维算符如何导致费米子质量与 Yukawa 耦合之间的错位，从而引发味破坏？
• RQ3 当希格斯较轻且与新物理强耦合时，来自 $\epsilon_K$ 的复合尺度约束为何？
• RQ4 与一般复合希格斯相比，伪戈尔迪森希格斯的规范对称性如何保护系统免受 FCNC 影响？
• RQ5 在一般与伪戈尔迪森希格斯情形下，$t\to hc$ 与 $h\to tc$ 的预测分支比是多少？

主要发现

• 若希格斯较轻且与新物理强耦合，则来自 $\epsilon_K$ 的复合尺度约束可与来自重自旋-1共振态的约束一样严格。
• 在伪戈尔迪森希格斯极限下，规范对称性在主导阶强制质量项与 Yukawa 耦合对齐，抑制 FCNC 并削弱实验约束。
• 对于完全复合的 $t_R$ 伪戈尔迪森希格斯，预测分支比 $BR(t\to hc) \sim 10^{-4}$，假设 $\Lambda/y_* = 1$ TeV。
• 在假设其他衰变模式具有 SM 类似宽度且希格斯较轻的前提下，$h\to tc$ 的分支比估计为 $5\times10^{-3}$。
• 在伪戈尔迪森情形下，$tch$ 顶点主要由 $\hat{y}^{u}_{32}$ 主导，其中 $y^{u}_{32} \sim 2y_*^2 m_t / (v \lambda_C^2 m_c)$，导致右手中微子组分。
• 这些结果可通过 AdS/CFT 对应关系直接应用于 5D 郎德尔-森德鲁模型，验证了 4D 有效场论框架的有效性。