[论文解读] Limit on Higgs boson trilinear self-coupling in coupled technicolor models

A. Doff, A. A. Natale|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 1

一句话总结

本文研究了在通过 ETC 或 GUT 相互作用耦合的强子技术色（TC）模型中，希格斯玻色子的三线自耦合。利用 CMS 合作组织对 κλ 耦合修正因子的实验约束，该研究对技术费米子自能动力学施加了限制，预测出赝戈尔曼玻色子的质量高于 400 GeV，表明这些态可能远比以往假设的更重。

ABSTRACT

The trilinear self-coupling of the Higgs boson, in a theory in which this boson is composite, is compared to the experimental bound of this quantity obtained by the CMS experiment. In the case of a model where technicolor (TC) is coupled to QCD, we find that the experimental result already constrain the dynamics of the theory, which is represented by an expression of the technifermion self-energy ($\Sigma_{tc}$) typical of technicolor coupled models, and function of the dynamically generated technifermion mass and two other parameters that describe the technifermion dynamical mass momentum dependence. The limits imposed on this dynamics allow us to make a simple determination of pseudo-Goldstone boson masses that appear in these theories, indicating that these bosons may be expected to be quite massive.

研究动机与目标

• 评估实验对希格斯玻色子三线自耦合（κλ）的限制对耦合技术色理论中复合希格斯模型动力学的影响。
• 确定 CMS 对 κλ 的实验约束如何限制 TC-QCD 耦合模型中的技术费米子自能函数。
• 利用受约束的动力学，估算这些模型中自发性手征对称性自发破缺产生的赝戈尔曼玻色子质量。
• 评估观测到的希格斯耦合限制是否已排除或约束强耦合 TC 框架中的可行参数空间。
• 探讨这些约束对新复合态质量尺度的影响，特别是中性及带色的技术π子。

提出的方法

• 将三线希格斯自耦合参数化为 LHHH = κλλSMHHH vH³，其中 κλ 由 CMS 95% 置信水平限制得出：−3.3 < κλ < 8.5。
• 在耦合 TC-QCD 模型中应用修正的技术费米子自能 Σ(p²)，通过参数 δ1 和 δ2 引入动力学质量（µtc）和动量依赖性修正。
• 从希格斯的复合性质出发推导三线希格斯耦合，将其与束缚态中的波函数重叠及组成粒子数量联系起来。
• 通过要求计算出的耦合落在 CMS 实验观测范围内，对 δ1 和 δ2 施加实验约束。
• 使用简化求和规则 mΠ ≈ m1 + m2 估算赝戈尔曼玻色子质量，基于组成技术费米子的当前质量。
• 通过在质量估算中用强耦合（αs）替代弱耦合，对 QCD 耦合效应进行修正，从而提高预测质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 实验对希格斯三线自耦合（κλ）的限制如何约束耦合技术色模型中技术费米子自能的动力学？
• RQ2 CMS 对 κλ 的限制对复合希格斯情景中赝戈尔曼玻色子质量尺度有何影响？
• RQ3 通过 ETC/GUT 相互作用引入 QCD-技术色混合后，与孤立 TC 模型相比，三线希格斯耦合的预测值会如何改变？
• RQ4 观测到的希格斯耦合范围是否已能排除某些具有轻赝戈尔曼玻色子的耦合技术色模型？
• RQ5 辐射修正和强耦合效应如何影响带电、带色及中性技术π子的预测质量？

主要发现

• CMS 对三线希格斯耦合的实验限制（95% 置信水平下 −3.3 < κλ < 8.5）已对耦合 TC 模型中技术费米子自能的动力学施加了非平凡的约束。
• 对于技术色尺度 µtc ≈ 1 TeV 且 nF = 2 至 6 个技术费米子的情况，受约束的参数 δ1 和 δ2 导致中性技术费米子质量 mN ≈ 100–151 GeV。
• 利用赝戈尔曼玻色子质量的简单求和规则，中性技术π子（ΠN）的质量估计约为 200–460 GeV。
• 由于增强的 QCD 修正和更大的耦合常数，带色和带电的赝戈尔曼玻色子（如 Π(3)、Π(8)）被预测质量高于 400 GeV。
• 通过在质量估算中用强耦合（αs）替代弱耦合来引入 QCD 修正，导致预测质量显著提高，表明这些态可能超出当前 LHC 探测的范围。
• 结果表明，如果耦合技术色模型在自然界中实现，其赝戈尔曼玻色子很可能是重的，质量在 0.5 TeV 或以上，这挑战了复合希格斯伙伴为轻态的观点。