[论文解读] Higgs boson coupling to a new strongly interacting sector

A. E. Cárcamo Hernández, Claudio Dib+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了一个复合希格斯模型，其中包含一个新强相互作用的规范场，包含一个重矢量三重态和一个希格斯双态，采用复合尺度为3 TeV的规范有效拉格朗日量。研究发现，希格斯粒子双光子衰变宽度和斜率参数（oblique parameters）施加的约束较弱，但Zb¯b顶点和126 GeV的希格斯粒子质量强烈限制了该模型，使其仅在希格斯粒子与新共振态中等耦合、夸克不与重矢量强耦合的参数区域内成立。

ABSTRACT

In the framework of strongly interacting dynamics for electroweak symmetry breaking, heavy composite particles may arise and cause observable effects, as they should couple strongly to the resulting Higgs boson and affect the signals that appear at one loop level. Here we study this expected behavior, contrasting it with current experimental knowledge. We work in a simple and generic scenario where the lowest lying composite states are the Higgs scalar doublet and a massive vector triplet. We use an effective chiral Lagrangian to describe the theory below the compositeness scale $\Lambda$, assumed to be $4\pi v \simeq~3$ TeV. The effective theory contains the Standard Model spectrum and the extra composites. We determine the constraints on this scenario imposed by our current knowledge of the $Zb\bar{b}$ vertex, the $T$ and $S$ oblique parameters, and the recently measured Higgs mass and its diphoton decay rate. We found that the $T$ and $S$ parameters as well as the Higgs diphoton decay do not provide important constraints on the model. In contrast, the constraints arising from the $Zb\bar{b}$ vertex and from the Higgs mass at $126$ GeV are fulfilled only if the heavy vector resonances do not couple strongly with quarks, and at the same time the Higgs boson has a moderate but not too strong coupling to the heavy composite resonances.

研究动机与目标

• 探讨包含一个重矢量三重态和一个希格斯双态的新强相互作用规范场的复合希格斯模型的唯象可行性。
• 评估希格斯玻色子是否能与新复合共振态强耦合，同时不违反当前实验约束。
• 确定Zb¯b顶点、斜率参数（S和T）、希格斯粒子质量（126 GeV）以及双光子衰变率对模型参数的约束。
• 识别模型在保持电弱精确测量数据和LHC实验结果一致的参数区域。

提出的方法

• 在复合尺度 Λ = 4πv ≈ 3 TeV 以下构建规范有效拉格朗日量，包含标准模型场和一个SU(2)L重矢量共振态三重态。
• 假设重矢量源于隐藏局部对称性，通过 κ1 = 2κ0 = 2κ2 = 1/g²ρ 固定其自相互作用和与规范玻色子的相互作用结构。
• 计算Zb¯b顶点的单圈修正，以约束重矢量与夸克之间的直接耦合 gρqq。
• 利用从拉格朗日量推导出的中性与带电规范玻色子质量矩阵，评估斜率参数S和T。
• 分析希格斯粒子双光子衰变率，并结合126 GeV的希格斯粒子质量要求，约束希格斯粒子与重共振态之间的耦合强度。
• 推导重矢量共振态的衰变通道及其分支比，以评估唯象学信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个包含重矢量三重态的强耦合复合希格斯规范场是否能与当前电弱精确测量数据保持一致？
• RQ2 Zb¯b顶点和126 GeV的希格斯粒子质量在多大程度上限制了希格斯玻色子与新重共振态之间的耦合？
• RQ3 斜率参数S和T如何约束该模型？是否与实验限制存在矛盾？
• RQ4 希格斯粒子双光子衰变率是否与新矢量共振态的强耦合兼容？
• RQ5 在避免与Zb¯b顶点和希格斯粒子质量冲突的同时，维持复合希格斯粒子的前提下，哪些参数区域是可行的？

主要发现

• T和S斜率参数对模型的约束不强，因为其值在广泛参数范围内均处于95%置信区间的实验限制内。
• 希格斯粒子双光子衰变率未施加显著约束，因为即使在中等至强耦合下，模型仍与实测值兼容。
• Zb¯b顶点对重矢量共振态与夸克之间的直接耦合 gρqq 施加了严格上限，要求其值较小，以避免偏离标准模型。
• 要求希格斯粒子质量为126 GeV，限制了希格斯粒子与重复合共振态之间的耦合为中等强度，既不过弱也不过强。
• 该模型仅在重矢量共振态不与夸克强耦合、且希格斯玻色子与新共振态保持中等耦合时才具有可行性。
• 有效耦合 gC 与希格斯粒子质量之间的张力或可通过在谱中引入额外重费米子来缓解，尽管此工作留待未来研究。