[论文解读] Exploring the dark side of the top Yukawa

Sonia El Hedri, Patrick J. Fox+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了在标准模型中存在负top Yukawa耦合的可能性，该耦合与ATLAS希格斯玻色子数据一致，通过在TeV尺度引入新物理，利用维度六有效算符产生大量子修正。它识别出一些最小模型——如向量型top夸克伙伴和扩展的希格斯场结构——可在当前对撞机约束下实现负Yukawa耦合，尽管这些模型因大耦合和Landau极点问题而面临强烈约束。

ABSTRACT

We investigate simple extensions of the Standard Model that could lead to the negative values of the top Yukawa coupling still allowed by the ATLAS Higgs results. Integrating out tree-level new physics generates dimension six operators that can lead to large changes to the top Yukawa couplings. If the top Yukawa coupling is negative, there is new physics beneath the TeV scale. We illustrate the simplest models still allowed by current searches.

研究动机与目标

• 探索负top Yukawa耦合的理论可行性，尽管该结果与CMS结果不一致。
• 识别可通过维度六有效算符产生大负修正的最小新物理模型，以修正top Yukawa耦合。
• 评估对撞机搜索和重整化群演化（特别是Landau极点）对大耦合模型的约束。
• 确定此类负Yukawa情形是否能在保持TeV尺度自然性的同时，与实验限制保持一致。

提出的方法

• 构建形式为 $ \mathcal{L}^{(1)}_{\text{eff}} = \frac{Y^3}{\Lambda^2} (H^\dagger H - \frac{v^2}{2})(H\bar{q}_3 u_3^c + \text{h.c.}) $ 的维度六有效算符，该算符在树图层次修改top Yukawa耦合。
• 分析该算符的三种实现形式：向量型top夸克伙伴、费米子-标量top伙伴以及带电标量，每种均通过圈图生成有效相互作用。
• 应用重整化群方程（RGEs）追踪Yukawa耦合的跑动，识别出在10 TeV以上出现Landau极点的条件。
• 利用RGEs推导初始Yukawa耦合的约束，表明大耦合将导致早期Landau极点，除非进行微调。
• 考虑具有多个Higgs双态和更高SU(2)表示的模型，以探索其是否能产生足够负的Yukawa耦合。
• 评估这些模型在现有LHC和Tevatron搜索下的可行性，重点关注top Yukawa耦合为负的参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能在TeV尺度新物理作用下生成负top Yukawa耦合，同时与ATLAS希格斯数据保持一致？
• RQ2 哪些是最小的新物理模型，可通过维度六算符产生对top Yukawa耦合的大负修正？
• RQ3 重整化群演化和Landau极点约束如何限制大Yukawa耦合模型的可行性？
• RQ4 两Higgs双态模型或更高SU(2)表示的模型是否能产生足够负的top Yukawa耦合以解释ATLAS数据？
• RQ5 预测负top Yukawa耦合的模型具有何种对撞机信号特征和实验约束？

主要发现

• 仅当TeV尺度的新物理通过 $ \Lambda \sim v $ 和 $ Y \sim 1 $ 的维度六算符产生大量子修正时，负top Yukawa耦合才可能实现。
• 包含向量型top夸克伙伴或费米子-标量对的模型可生成所需有效算符，但需与希格斯场有大耦合，导致强烈的对撞机约束。
• 除非Yukawa耦合保持在 $ y \lesssim 1.06 $ 以下，否则Landau极点将出现在10 TeV以下，对模型参数施加严格约束。
• 两Higgs双态模型和更高SU(2)表示的模型可产生负Yukawa耦合，但仅后者能容纳LHC可探测的轻新态。
• 具有复三重希格斯表示的模型可实现负top Yukawa耦合，并具有多个轻态，使其成为未来LHC搜索的可行候选。
• 由于与希格斯和top夸克的强耦合要求，这些模型在现有LHC和Tevatron搜索中受到高度约束，尤其在top和希格斯 sector 中。