[论文解读] Introduction to Electroweak Symmetry Breaking

S. Dawson|ArXiv.org|Jan 12, 1999

Atomic and Subatomic Physics Research被引用 12

一句话总结

本文全面介紹了电弱对称性自发破缺，涵盖e⁺e⁻和强子对撞机中的希格斯玻色子产生、来自精确电弱数据和真空稳定性约束的希格斯质量间接限制，以及强相互作用希格斯扇区的有效拉格朗日量方法。此外，还探讨了最小超对称标准模型（MSSM）希格斯扇区的理论现象学，突出其与标准模型的关键差异。

ABSTRACT

An introduction to the physics of electroweak symmetry breaking is given. We discuss Higgs boson production in $e^+e^-$ and hadronic collisions and survey search techniques at present and future accelerators. Indirect limits on the Higgs boson mass from triviality arguments, vacuum stability, and precision electroweak measurements are presented. An effective Lagrangian, valid when there is no low mass Higgs boson, is used to discuss the physics of a strongly interacting electroweak symmetry breaking sector. Finally, the Higgs bosons of the minimal supersymmetric model are considered, along with the resulting differences in phenomenology from the Standard Model.

研究动机与目标

• 为研究生和研究人员提供电弱对称性自发破缺物理的入门教学性介绍。
• 回顾e⁺e⁻和强子对撞机上希格斯玻色子的当前与未来实验搜索策略。
• 展示来自精确电弱测量、真空稳定性及无量纲性边界条件的希格斯玻色子质量的间接约束。
• 介绍在低质量希格斯玻色子不存在时描述强相互作用动力学的有效的拉格朗日量框架。
• 对比最小超对称标准模型（MSSM）希格斯扇区与标准模型希格斯扇区的理论现象学。

提出的方法

• 利用量子场论计算分析e⁺e⁻对撞中希格斯玻色子产生截面和衰变道。
• 评估通过胶子融合和矢量玻色子融合的强子对撞中希格斯产生，强调主导产生模式。
• 应用精确电弱测量（如S和T参数）推导希格斯玻色子质量的间接约束。
• 构建包含六维算符的有效拉格朗日量，以描述低质量希格斯不存在时的物理现象。
• 利用MSSM希格斯扇区拉格朗日量研究多重希格斯态及其耦合，与标准模型中的单个希格斯玻色子形成对比。
• 探讨希格斯扇区结构对对撞机现象学及发现潜力的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在e⁺e⁻和强子对撞机中，希格斯玻色子的主要产生机制是什么？
• RQ2 精确电弱测量如何在不依赖直接探测的情况下约束希格斯玻色子质量？
• RQ3 在标准模型中，基于真空稳定性和无量纲性，希格斯玻色子质量的理论上限是什么？
• RQ4 有效场论如何描述低质量希格斯玻色子不存在时的电弱对称性自发破缺？
• RQ5 MSSM希格斯扇区与标准模型希格斯扇区在现象学上的关键差异是什么？

主要发现

• 在e⁺e⁻对撞中，希格斯玻色子产生主要通过H→ZZ和H→WW衰变模式主导，且在Z玻色子共振能区附近具有显著截面。
• 在强子对撞机中，胶子融合是主要产生通道，其截面对顶夸克和希格斯玻色子质量敏感。
• 来自精确电弱数据的间接约束表明，希格斯玻色子质量低于约250 GeV，具体取决于输入参数。
• 真空稳定性与无量纲性论证进一步将标准模型中希格斯质量限制在约150–200 GeV以下。
• 有效拉格朗日量方法能成功描述低质量希格斯不存在时标准模型的偏离，尤其在散射过程中的表现。
• MSSM预测存在多个希格斯态（h⁰, H⁰, A⁰, H±），导致更丰富的现象学特征和与标准模型不同的衰变模式。