[论文解读] Loop induced decays of the Little Higgs: H --> gg, gamma gamma

Tao Han, Heather E. Logan+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 22

一句话总结

本文在最小希格斯模型中计算了圈图诱导的希格斯衰变 H → gg 和 H → γγ，表明与标准模型部分宽度的偏离按 1/f² 缩放，其中 f ∼ TeV 为新物理尺度。当 f = 1 TeV 时，Γ(H → gg) 减少 6–10%，Γ(H → γγ) 减少 5–7%，而光子对撞机可在 2σ 灵敏度下探测到 f ≈ 1.1 TeV 以内的这些效应。

ABSTRACT

We analyze the loop induced decays of the Higgs boson into pairs of gluons and photons in the Littlest Higgs model. We find that the deviation of the partial widths for these decays relative to their Standard Model values scales with 1/f^2, where f ~ TeV is the mass scale of the new heavy particles in the model. For f = 1 TeV, Gamma(H -> gg) is reduced by 6-10% and Gamma(H -> gamma gamma) is reduced by 5-7% compared to their Standard Model values. While the LHC and a linear e+e- collider would be sensitive to these deviations only for relatively low values of f <~ 650 GeV, a photon collider could probe the deviation in Gamma(H -> gamma gamma) up to f <~ 1.1 (0.7) TeV at the 2 (5) sigma level.

研究动机与目标

• 研究最小希格斯模型中圈图诱导的希格斯衰变 H → gg 和 H → γγ，该模型是希格斯理论中最小实现形式。
• 量化该模型中新的重态粒子（W_H±、T 夸克、Φ±、Φ±±）对这些衰变部分宽度相对于标准模型的修正。
• 评估未来对撞机——LHC、直线 e+e− 对撞机和光子对撞机——对这些偏离的实验灵敏度。
• 确立偏离行为按 1/f² 缩放，这是由于新态的 f 依赖耦合所致，与标准模型中非渐近解耦行为形成对比。

提出的方法

• 在 v/f 的主导阶展开下，推导最小希格斯模型中新重态（W_H±、T 夸克、Φ±、Φ±±）的质量和希格斯耦合。
• 使用具有修正耦合 y_i（由 f、c、c_t 和 x 参数化）的有效拉格朗日量，计算 H → gg 和 H → γγ 的一阶圈振幅。
• 以标准模型粒子（如顶夸克）的非渐近解耦行为作为基准，与最小希格斯模型中新态的解耦行为进行对比。
• 采用修正的费米常数 GF = 1/(√2 v² y_GF²) 以考虑最小希格斯模型中希格斯耦合的改变。
• 对部分宽度进行解析与数值评估，包括来自 y_i ∝ v²/f² 的抑制因子。
• 利用信号强度偏离 ΔΓ/Γ_SM ∝ 1/f² 评估对撞机灵敏度，考虑不同对撞机类型下的统计显著性（2σ、5σ）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最小希格斯模型中，圈图诱导的衰变 H → gg 和 H → γγ 与标准模型值相比有何偏离？
• RQ2 这些偏离对新物理尺度 f 的函数依赖关系如何？
• RQ3 未来对撞机——LHC、直线 e+e− 对撞机或光子对撞机——中，哪一个能够探测到这些偏离，以及探测上限的 f 尺度是多少？
• RQ4 为何最小希格斯模型中的新重态在 f 增大时会解耦，而标准模型中不会？
• RQ5 希格斯粒子与新态的耦合如何随 f 变化，参数 c、c_t 和 x 的作用是什么？

主要发现

• 当 f = 1 TeV 时，部分宽度 Γ(H → gg) 相对于 SM 减少 6–10%。
• 当 f = 1 TeV 时，部分宽度 Γ(H → γγ) 相对于 SM 减少 5–7%。
• 与 SM 的偏离按 1/f² 缩放，这是由于新重态的 f 依赖耦合所致，且不随其质量缩放。
• LHC 和直线 e+e− 对撞机仅能在 2σ 显著性下探测到 f < ∼650 GeV 的偏离。
• 光子对撞机可在 2σ 下探测到 f < ∼1.1 TeV 的 Γ(H → γγ) 偏离，以及在 5σ 下探测到 f < ∼0.7 TeV 的偏离。
• 双荷标量 Φ±± 的贡献可忽略不计，因其 HΦ++Φ−− 耦合高度抑制（∝ v⁴/f⁴），故可合理忽略。