[论文解读] Phenomenology of a left-right-symmetric model inspired by the trinification model

Jamil Hetzel|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文研究了基于规范群 $SU(3)_C \times SU(3)_L \times SU(3)_R$ 的三统一框架启发的左右对称模型的低能现象学。通过构建低能有效场论，作者利用精确测量和直接搜寻结果约束模型参数，发现该模型预测存在多个质量约为 100 GeV 的新标量粒子，并在希格斯耦合上表现出与标准模型可测量的偏离，使其在未来几年内在大型强子对撞机上可被检验。

ABSTRACT

The trinification model is an interesting extension of the Standard Model based on the gauge group $SU(3)_C imes SU(3)_L imes SU(3)_R$. It naturally explains parity violation as a result of spontaneous symmetry breaking, and the observed fermion masses and mixings can be reproduced using only a few parameters. We study the low-energy phenomenology of the trinification model in order to compare its predictions to experiment. To this end, we construct a low-energy effective field theory, thereby reducing the number of particles and free parameters that need to be studied. We constrain the model parameters using limits from new-particle searches as well as precision measurements. The scalar sector of the model allows for various phenomenological scenarios, such as the presence of a light fermiophobic scalar in addition to a Standard-Model-like Higgs, or a degenerate (twin) Higgs state at 126 GeV. We show how a measurement of the Higgs couplings can be used to distinguish such scenarios from the Standard Model. We find that the trinification model predicts that several new scalar particles have masses in the $\mathcal{O}\left(100 ext{ GeV} ight)$ range. Moreover, large regions of the parameter space lead to measurable deviations from Standard-Model predictions of the Higgs couplings. Hence the trinification model awaits crucial tests at the Large Hadron Collider in the coming years.

研究动机与目标

• 探索源自三统一框架的左右对称模型的低能唯象学，该模型通过 $SU(3)_C \times SU(3)_L \times SU(3)_R$ 规范对称性扩展标准模型。
• 利用电弱精确测量、新粒子的直接搜寻以及希格斯耦合的实验限制，约束模型参数。
• 识别标量 sector 中的不同唯象学情景，例如轻的费米子禁闭标量或质量为 126 GeV 的简并孪生希格斯粒子。
• 通过希格斯耦合模式与标准模型预测的偏离程度，评估该模型在大型强子对撞机上的可检验性。

提出的方法

• 构建低能有效场论（LET），以减少全三统一模型中的粒子数和自由参数。
• 利用两个双二重态：$\Phi_1 \sim (\mathbf{1},\mathbf{\overline{2}},\mathbf{2},0)$ 和 $\Phi_R \sim (\mathbf{1},\mathbf{1},\mathbf{2},1)$，推导标量势，其真空期望值由 $v_1 = v\cos\beta$、$b_1 = v\sin\beta$ 和 $M$ 参数化。
• 利用标量势的极小化条件，将具有质量量纲的参数 $\mu^2_{11}, \mu^2_R, \mu^2_1$ 表示为无量纲耦合 $\lambda_i$ 和真空期望值的函数。
• 通过分析大场值区域的势能，分析真空稳定性，推导出对 $\lambda_i$ 耦合的必要约束条件。
• 将简化的 LET 模型映射到两希格斯双重态模型（2HDM），以比较耦合模式并识别可区分的信号。
• 进行基准点扫描，并利用重矢量玻色子搜寻、电弱精确数据和希格斯耦合测量的实验限制约束参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于三统一启发的左右对称模型在低能唯象学方面有何预测，特别是关于新标量态？
• RQ2 该模型中希格斯耦合的修正与标准模型有何不同，能否在实验上加以区分？
• RQ3 在哪些可行的参数区域内，质量约为 100 GeV 的新标量粒子可以存在，其耦合性质如何？
• RQ4 精确测量和直接搜寻在多大程度上能约束该模型的参数空间？
• RQ5 该模型能否在保持与当前实验数据一致的前提下，容纳质量为 126 GeV 的简并孪生希格斯态？

主要发现

• 该模型预测了多个质量在 $\mathcal{O}(100\text{ GeV})$ 范围内的新标量粒子，源于扩展的标量场结构。
• 参数空间的广大区域导致希格斯耦合与标准模型预测存在可测量的偏离，尤其在 $\gamma\gamma$、$ZZ$ 和 $WW$ 衰变道中更为显著。
• 该模型允许存在一个轻的费米子禁闭标量，外加一个与标准模型相似的希格斯粒子，后者可能通过希格斯信号强度异常被探测到。
• 质量为 126 GeV 的简并孪生希格斯态是一种可行情景，与当前希格斯玻色子质量测量和实验限制一致。
• 真空稳定性约束对标量耦合 $\lambda_i$ 施加了非平凡的限制，从而限制了可行的参数空间。
• 该模型在未来几年内在大型强子对撞机上具有可检验性，关键信号来自修正的希格斯耦合和额外的标量共振态。