[论文解读] Old Wine in a New Bottle: Technidilaton as the 125 GeV Higgs -- Dedicated to the late Professor Yoichiro Nambu

Koichi Yamawaki|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用 6

一句话总结

本文提出，在大型强子对撞机（LHC）发现的125 GeV Higgs玻色子是一种技术稀释子——一种复合的伪稀释子——源自于具有自发尺度对称性与手征对称性自发性规范的行走技术色理论。它表明标准模型Higgs拉格朗日量等价于一个尺度不变的非线性sigma模型，并与具有尺度不变规范玻色子的隐藏局部对称性（HLS）模型规范等价。技术稀释子的质量通过迹异常与PCDC机制生成，从而实现自然轻的Higgs玻色子，其耦合强度弱于标准模型，且在$N_C=4$，$N_F=8$时与LHC数据一致。反-维内齐亚诺极限进一步支持一个轻的、弱耦合的技术稀释子。

ABSTRACT

We show that the Standard Model (SM) Higgs Lagrangian is identical to the nonlinear realization of both the scale and chiral symmetries ("scale-invariant nonlinear sigma model"), and is further gauge equivalent to the "scale-invariant Hidden Local Symmetry (HLS) model" having possible new vector bosons as the HLS gauge bosons with scale-invariant mass: SM Higgs is nothing but a (pseudo) dilaton. The effective theory of the walking technicolor has precisely the same type of the scale-invariant nonlinear sigma model, thus further having the scale-invariant HLS gauge bosons (technirho's, etc.). The technidilaton mass M_ϕcomes from the trace anomaly, which yields M_ϕ^2 F_ϕ^2 \simeq (2.5)^2 [(8/N_F)(4/N_C)] v^4 via PCDC, in the underlying walking SU(N_C) gauge theory with N_F massless flavors, where F_ϕis the decay constant and v=246 GeV. This implies F_ϕ\simeq 5 v for M_ϕ\simeq 125 GeV \simeq v/2 in the one-family walking technicolor model (N_F=8, N_C=4), in good agreement with the current LHC Higgs data. In the anti-Veneziano limit, N_C ightarrow \infty, with N_C α= fixed and N_F/N_C= fixed (\gg 1), we have a result: M_ϕ^2/v^2\sim M_ϕ^2/F_ϕ^2 \sim 1/(N_F N_C) ightarrow 0. Then the technidilaton is a naturally light composite Higgs out of the strongly coupled conformal dynamics, with its couplings even weaker than the SM Higgs.

研究动机与目标

• 探讨125 GeV Higgs玻色子是否可被解释为行走技术色框架下的复合技术稀释子。
• 建立标准模型Higgs拉格朗日量与尺度不变非线性sigma模型以及具有尺度不变规范玻色子的隐藏局部对称性（HLS）模型之间的等价性。
• 从强耦合、共形动力学中的迹异常与PCDC机制推导技术稀释子的质量。
• 证明在反-维内齐亚诺极限下，技术稀释子自然轻且弱耦合，其耦合强度弱于标准模型Higgs。
• 将理论预测与LHC数据及格点模拟结果（特别是行走区域）相联系。

提出的方法

• 将标准模型Higgs表述为尺度对称性与手征对称性的非线性实现，等价于尺度不变的非线性sigma模型。
• 引入具有尺度不变规范玻色子（如技术rho介子）的隐藏局部对称性（HLS）模型，作为相同动力学的规范变体实现。
• 应用PCDC（部分守恒稀释流）关系，将技术稀释子质量与能量-动量张量的迹异常联系起来。
• 从基础的$SU(N_C)$行走技术色理论推导出质量公式$M_{\text{phys}}^2 F_{\text{phys}}^2 \simeq \left[\frac{8}{N_F}\frac{4}{N_C}\right] \cdot (2.5)^2 \cdot v^4$。
• 分析反-维内齐亚诺极限（$N_C \to \infty$，$N_C\alpha = \text{固定}$，$N_F/N_C = \text{固定} \gg 1$），以证明$M_{\phi}^2 / v^2 \sim 1/(N_F N_C) \to 0$，表明技术稀释子自然轻。
• 将预测与行走区域中的格点QCD模拟进行比较，确认存在一个轻的味 singlet 标量态。

实验结果

研究问题

• RQ1 125 GeV Higgs玻色子是否可被识别为具有自发尺度对称性与手征对称性自发性规范的行走技术色理论中的技术稀释子？
• RQ2 在强耦合规范理论中，技术稀释子的质量如何通过迹异常与PCDC机制产生？
• RQ3 在单代数行走技术色模型中，技术稀释子衰变常数$F_\phi$与Higgs真空期望值$v$之间有何关系？
• RQ4 反-维内齐亚诺极限如何影响技术稀释子的质量与耦合强度？是否导致自然轻的复合Higgs？
• RQ5 技术稀释子场景与LHC数据及行走区域中的格点模拟是否一致？

主要发现

• 125 GeV Higgs玻色子被识别为技术稀释子——一种源自于具有自发尺度对称性与手征对称性自发性规范的行走技术色理论的复合伪稀释子。
• 标准模型Higgs拉格朗日量等价于一个尺度不变的非线性sigma模型，并与具有尺度不变规范玻色子的隐藏局部对称性（HLS）模型规范等价。
• 对于$N_C=4$，$N_F=8$的单代数行走技术色模型，技术稀释子衰变常数为$F_\phi \simeq 5v$，与LHC Higgs数据一致。
• 技术稀释子质量通过PCDC关系从迹异常中产生，得到$M_\phi^2 F_\phi^2 \simeq \left[\frac{8}{N_F}\frac{4}{N_C}\right] \cdot (2.5)^2 \cdot v^4$，该公式重现了$M_\phi \simeq 125\,\text{GeV}$。
• 在反-维内齐亚诺极限下，$M_\phi^2 / v^2 \sim 1/(N_F N_C) \to 0$，表明存在一个自然轻的复合Higgs，其耦合强度弱于标准模型。
• 行走区域中的格点模拟确认了存在一个轻的、味singlet标量态，与技术稀释子一致。