[论文解读] Far from standard Higgs couplings

Bob Holdom|arXiv (Cornell University)|Jun 6, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文研究了大型强子对撞机（LHC）观测到的126 GeV玻色子并非标准模型（SM）希格斯玻色子的可能性，而是表现出对W和Z玻色子的耦合显著减弱，同时胶子融合产生过程增强。利用截至2013年4月的LHC数据进行全局拟合，结果表明，此类非标准耦合仍与实验约束一致，特别是当新物理机制（如重的手征费米子）增强胶子融合速率并抑制W/Z耦合时，为电弱对称性自发破缺提供了一种可行且自然的超越标准模型的机制。

ABSTRACT

In this short note we consider a permitted region in the space of couplings of the 126 GeV boson that extends far away from the standard model Higgs couplings. This region is of interest for more natural models of electroweak symmetry breaking. Stronger evidence of vector boson fusion and/or associated production is needed to eliminate this possibility.

研究动机与目标

• 评估LHC观测到的126 GeV玻色子是否可能具有与标准模型（SM）值显著不同的耦合。
• 探索增强的胶子融合产生与减弱的W/Z耦合是否能在不违背当前数据的前提下共存。
• 评估对126 GeV态的非希格斯型解释的可行性，特别是涉及新物理（如重手征费米子或CP破坏的多希格斯模型）的情形。
• 确定当前LHC数据是否能排除希格斯耦合（尤其是对W和Z玻色子）的大幅偏离。
• 识别向量玻色子融合和关联产生在打破耦合拟合退简并性中的作用。

提出的方法

• 使用HiggsSignals 1.0对ATLAS和CMS截至2013年4月的数据进行全局拟合，希格斯玻色子质量固定为125.7 GeV。
• 在胶子融合耦合因子$g_{gg}$与$\gamma\gamma$、$VV$及$\tau\tau$耦合的共同因子$g_X$构成的二维参数空间中进行双参数拟合。
• 三参数拟合将分析扩展至独立考虑$g_{gg}$、$g_{\gamma\gamma}$与$g_{VV}$，其中$g_{\tau\tau}$设为$g_{\gamma\gamma}$与$g_{VV}$的平均值。
• 对固定$g_{gg}$值（如1和3）进行额外拟合，以研究其他耦合参数平面中的$\Delta\chi^2$分布。
• 还使用了包含的$H\to\gamma\gamma$数据，与分类结果进行比较。
• 另进行了一项三参数拟合，包含$g_{bb}$、$g_{gg}$与$g_X$，以评估底夸克耦合变化的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 126 GeV玻色子是否可能具有显著减弱的W和Z玻色子耦合，同时仍与LHC数据一致？
• RQ2 增强的胶子融合产生在多大程度上能与抑制的$W$和$Z$耦合共存而不违反实验约束？
• RQ3 当胶子融合主导产生时，希格斯耦合的确定是否存在退简并性？其他产生模式是否能打破这种退简并性？
• RQ4 此类非标准耦合对电弱对称性破缺模型（特别是涉及新重手征费米子的模型）有何影响？
• RQ5 一个主要为伪标量、具有微小标量分量的轻态，是否能再现126 GeV处观测到的希格斯样性质？

主要发现

• 对ATLAS和CMS数据的全局拟合得到最优拟合点为$g_{gg} = 0.87$与$g_X = 0.98$，$\chi^2/{\rm ndf} = 26.4/34$，表明远离标准模型点的参数区域仍与数据一致。
• 在$g_{gg}$、$g_{\gamma\gamma}$与$g_{VV}$的三参数拟合中，全局最小值位于$g_{gg} = 0.86$，$g_{\gamma\gamma} = 1.06$，$g_{VV} = 0.96$，$\chi^2/{\rm ndf} = 25.8/33$，显示非标准模型耦合仍具可行性。
• 三参数拟合中的1σ等高线包含$g_{VV}$低至0.85的值，表明W和Z耦合可显著减弱而不会与数据冲突。
• 当使用包含的$H\to\gamma\gamma$数据时，标准模型点位于2σ等高线上，全局最小值位于$g_{gg} = 0.88$，$g_{\gamma\gamma} = 1.22$，$g_{VV} = 0.95$，$\chi^2/{\rm ndf} = 18.6/14$，进一步支持非标准模型耦合的可行性。
• 允许底夸克耦合自由变化的拟合中，全局最小值位于$g_{bb} = 0.84$，$g_{gg} = 0.81$，$g_X = 0.93$，$\chi^2/{\rm ndf} = 26.3/33$，表明底夸克耦合同样可被减弱。
• 结果表明，与标准模型值相差甚远的耦合——特别是W和Z耦合约为标准模型强度的三分之一——并未被排除，提示126 GeV态可能具有非希格斯起源。