[论文解读] Higgs two-gluon decay and the top-quark chromomagnetic moment

Lance Labun, Johann Rafelski|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 4

一句话总结

本文研究顶夸克的胶磁矩 $\kappa_t$ 及其对希格斯玻色子衰变到两个胶子（$h \to gg$）的衰变率的影响。通过有效拉格朗日量方法，推导出主导阶耦合 $\mathcal{L}_{hgg}$ 对 $\kappa_t$ 的依赖关系，表明当 $\kappa_t \neq 2$ 时，标准模型中衰变率最多被抑制 9%，且在 $\kappa_t \approx \pm 1.2$ 附近由于顶-底夸克干涉导致近乎完全抵消。

ABSTRACT

We study the top quark chromomagnetic factor $κ_t$-dependence of the effective interaction ${\cal L}_{hgg}$ and apply the result to the case of Higgs two gluon decay rate $Γ_{h o gg}$. Perturbative standard model provides $κ_t< 2$, and for the standard model value $Γ_{h o gg}(κ_t)$ is suppressed by 9% as compared to $κ_t= 2$. We further show that in the leading order $Γ_{h o gg}$ for $κ_t\simeq \pm 1.2$ can be very small due to complete cancelation between the top and bottom quark fluctuations. We discuss the extension of our results to $κ_t>2$ and consider potential paths to obtain experimental information for the $h o gg$ rate.

研究动机与目标

• 量化希格斯玻色子衰变为两个胶子的衰变率 $\Gamma_{h\to gg}$ 对顶夸克胶磁矩 $\kappa_t$ 的依赖关系。
• 将有效拉格朗日量 $\mathcal{L}_{hgg}$ 扩展至包含 $\kappa_t \neq 2$ 的情形，并推导相应的 $b_0(\kappa_t)$ 系数。
• 探讨 $\kappa_t$-依赖性对探测标准模型之外新物理的启示。
• 评估测量 $\Gamma_{h\to gg}$ 作为探测顶夸克结构及可能复合性的可行性。

提出的方法

• 利用二阶费米子理论推导出有效相互作用 $\mathcal{L}_{hgg}$，通过一个维度-4算符引入顶夸克胶磁矩 $\kappa_t$。
• 计算支配 $h\to gg$ 幅值的 QCD $\beta$-函数中的主导阶系数 $b_0(\kappa_t)$，作为 $\kappa_t$ 的函数。
• 利用低能定理，将 $hgg$ 耦合关系到包含顶夸克和底夸克圈的真空极化图。
• 考虑来自二阶理论的两胶子顶点，包括图 1 中的附加图 (c)，以涵盖非最小的顶-胶子耦合。
• 评估衰变振幅对 $\kappa_t$ 的依赖性，包括顶夸克与底夸克圈之间的干涉。
• 将该形式化方法应用于估算 $h\to gg$ 衰变率及其对 $\kappa_t$ 的依赖性，包括抵消点。

实验结果

研究问题

• RQ1 希格斯玻色子衰变为两个胶子的衰变率 $\Gamma_{h\to gg}$ 如何依赖于顶夸克胶磁矩 $\kappa_t$？
• RQ2 当 $\kappa_t \neq 2$ 时，有效 $\mathcal{L}_{hgg}$ 拉格朗日量中 $b_0(\kappa_t)$ 系数的函数形式是什么？
• RQ3 顶夸克与底夸克圈之间的破坏性干涉是否可能在特定 $\kappa_t$ 值下导致 $h\to gg$ 衰变率接近零？
• RQ4 $\Gamma_{h\to gg}$ 对 $\kappa_t$ 的依赖性如何影响大型强子对撞机（LHC）上希格斯玻色子产生与衰变测量的解释？
• RQ5 在多大程度上，$\Gamma_{h\to gg}$ 可作为探测标准模型之外新物理的探针？

主要发现

• 当 $\kappa_t = 2$ 时，标准模型对 $\Gamma_{h\to gg}$ 的预测相比假设情形 $\kappa_t = 2$ 被抑制了 9%。
• 在 $\kappa_t \approx \pm 1.2$ 时，由于顶夸克与底夸克圈贡献的完全破坏性干涉，$h\to gg$ 衰变率被强烈抑制。
• 主导阶 $h\to gg$ 衰变振幅对 $\kappa_t$ 极其敏感，有效耦合 $\mathcal{L}_{hgg}$ 显式依赖于 $b_0(\kappa_t)$。
• $\Gamma_{h\to gg}$ 对 $\kappa_t$ 的依赖性为探测顶夸克结构及 $m_t$ 以上能量尺度的新物理提供了直接途径。
• 对 $\Gamma_{h\to gg}$ 的精确测量可高灵敏度约束顶夸克胶磁矩，可能揭示复合性或新物理效应。
• 本研究表明，$h\to gg$ 的 $\kappa_t$-依赖性修正可能被第四代夸克所补偿，除非独立测量 $\kappa_t$，否则会削弱约束力。