[论文解读] Composite Resonances effects on EWPT and Higgs diphoton decay rate

A. E. Cárcamo Hernández, Claudio Dib+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文研究了具有强相互作用电弱对称性自发破缺的复合希格斯模型，采用有效手征拉格朗日量，研究了电弱精确测量（S和T参数）以及希格斯粒子衰变到两个光子（h→γγ）的约束。研究发现，为同时满足LHC数据与电弱精确测量，轴向矢量共振态的质量窗口必须非常狭窄（1.8–1.9 TeV），矢量共振态的质量窗口也必须非常狭窄（1.5–1.7 TeV），而这只有在W3与B0规范玻色子之间存在非标准动能混合时才可能实现。

ABSTRACT

In scenarios of strongly coupled electroweak symmetry breaking, heavy composite particles of different spin and parity may arise and cause observable effects on signals that appear at loop levels. The recently observed process of Higgs to $\gamma \gamma$ at the LHC is one of such signals. We study the new constraints that are imposed on composite models from $H o \gamma\gamma$, together with the existing constraints from the high precision electroweak tests. We use an effective chiral Lagrangian to describe the effective theory that contains the Standard Model spectrum and the extra composites below the electroweak scale. Considering the effective theory cutoff at $\Lambda = 4\pi v \sim 3 $ TeV, consistency with the $T$ and $S$ parameters and the newly observed $H o \gamma\gamma$ can be found for a rather restricted range of masses of vector and axial-vector composites from $1.5$ TeV to $1.7$ TeV and $1.8$ TeV to $1.9$ TeV, respectively, and only provided a non-standard kinetic mixing between the $W^{3}$ and $B^{0}$ fields is included.

研究动机与目标

• 本文旨在根据近期LHC数据，检验包含重自旋-1和自旋-0共振态的复合希格斯模型的可行性。
• 旨在调和观测到的希格斯粒子衰变到两个光子的分支比与电弱精确测量（S和T参数）之间的矛盾。
• 研究聚焦于电弱对称性自发破缺源于低于约3 TeV截断能标的强动力学的场景。
• 探讨W3与B0规范玻色子之间修改后的动能混合在满足实验约束中的作用。
• 目标包括识别在保持与h→γγ和S/T参数一致的前提下，矢量与轴向矢量共振态的允许质量范围。

提出的方法

• 基于四点隐藏局部对称性框架，构建一个有效手征拉格朗日量，以描述复合态的低能动力学。
• 该模型包含两个本征标量（h和H）、一个赝标量（η），以及在宇称S U(2)L+R对称性下的矢量/轴向矢量三重态（Vaμ和Aaμ）。
• 希格斯粒子（mh ≈ 126 GeV）被识别为最轻的标量，其与费米子的耦合由ahff参数化，研究发现顶夸克的该耦合约为标准模型值的两倍。
• 通过包含复合共振态与SM规范玻色子的费曼图，在一阶微扰计算中计算S和T参数。
• 通过包含矢量与轴向矢量共振态的圈图，评估h→γγ衰变宽度，将Rγγ比值与ATLAS和CMS数据进行比较。
• 引入一个非标准的W3与B0之间的动能混合参数cWB，以满足S和T参数的约束，其取值范围由实验数据约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 矢量与轴向矢量共振态的质量范围为何种区间时，才能同时与观测到的希格斯粒子衰变到两个光子的分支比和电弱精确测量一致？
• RQ2 在复合希格斯模型中，W3与B0规范玻色子之间引入非标准动能混合后，对S和T参数有何影响？
• RQ3 在满足S和T参数约束的前提下，希格斯粒子与顶夸克的耦合增强至约两倍标准模型值（ahff ≈ 2× SM）在多大程度上是可接受的？
• RQ4 重标量H与赝标量η在稳定希格斯质量及满足其质量实验限制方面起到何种作用？
• RQ5 该模型能否在保持与95%置信水平S和T参数约束一致的前提下，解释接近标准模型的h→γγ衰变分支比？

主要发现

• 为与观测到的h→γγ衰变宽度一致，矢量共振态质量必须位于极窄的范围内（1.5–1.7 TeV）。
• 在结合h→γγ分支比与T参数约束的条件下，轴向矢量共振态质量被限制在1.8–1.9 TeV之间。
• 为重现观测到的h→γγ分支比，矢量与轴向矢量共振态质量之比必须满足MV/MA ≈ 0.9。
• S参数约束要求W3与B0之间存在修改后的动能混合，由参数cWB描述，最一致情景下其取值范围为0.180–0.182。
• 该模型预测顶夸克与希格斯粒子的耦合约为标准模型值的两倍，即ahff ≈ 2。
• 质量在600 GeV至1 TeV之间的重标量H与赝标量η是允许的，前提是其耦合被精细调节以避免在LHC中被探测到。