[论文解读] Spin-1 resonances in a non-linear left-right dynamical Higgs context

Juan Yepes|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

该论文构建了一个完整的、CP守恒的有效场论，用于描述在具有轻度动力学希格斯的非线性左右对称电弱模型中自旋为1的共振态，该模型源自扩展的规范群 $SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes U(1)_{B-L}$。在积分掉重的右手中性规范玻色子后，该理论在 $p^4$ 阶识别出24个相关的维数为6的算符，为在大型强子对撞机（LHC）及未来对撞机上检验新物理提供了模型无关的基底。

ABSTRACT

All the possible CP-conserving non-linear operators up to the $p^4$-order in the Lagrangian expansion are clearly and completely listed for the case of an emerging new physics field content in the nature, more specifically, from spin-1 resonances sourced by the straightforward extension of the SM local gauge symmetry to the larger local group $SU(2)_L\otimes SU(2)_R\otimes U(1)_{B-L}$, within a non-linear electroweak chiral context coupled to a light dynamical Higgs. The physical effects induced by integrating out the right handed fields from the physical spectrum are briefly analysed. The relevant set of effective operators have been identified at low energies.

研究动机与目标

• 系统构建一个模型无关的有效场论（EFT），用于描述来自扩展的左右对称规范对称性 $SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes U(1)_{B-L}$ 的自旋-1共振态。
• 将一个轻度、动力学的希格斯玻色子作为强相互作用中产生的伪戈尔戈尼玻色子纳入理论，与电弱对称性自发破缺的非线性实现一致。
• 在有效场论展开的 $p^4$ 阶中，识别出涉及规范玻色子和希格斯玻色子的所有CP守恒、维数为6的算符的完整集合。
• 分析积分掉重的右手中性规范玻色子后诱导的物理效应，重点研究低能有效耦合。
• 提供一个UV完备的有效场论框架，推广先前在左右对称模型中的结果，并将有效算符基底扩展至包含一个轻希格斯玻色子。

提出的方法

• 采用非线性 $\sigma$-模型来描述与 $SU(2)_L$ 和 $SU(2)_R$ 相关的戈尔戈尼玻色子的强相互作用动力学，使用独立的尺度 $f_L$ 和 $f_R$。
• 通过 $h/f_L$ 的幂次将非线性手征拉格朗日量耦合到一个轻希格斯单态 $h$，以保持强相互作用部分的非线性结构。
• 对有效拉格朗日量进行系统性的 $p^4$ 阶展开，包含所有可能的CP守恒规范算符和规范-希格斯算符。
• 利用对称性约化和运动方程（EOM）消除冗余算符，特别是在费米子质量为零的极限下。
• 在移除19个冗余算符后，识别出最小且独立的算符基底，剩余24个物理算符：12个左手中性算符、5个右手中性算符和7个左右混合算符。
• 以剩余算符系数的形式推导出物理耦合，如 $\gamma\gamma h$、$ZZh$、$WW h$ 和 $Z\gamma h$

实验结果

研究问题

• RQ1 在非线性左右对称模型中，涉及规范玻色子和一个轻希格斯玻色子的完整、最小的CP守恒维数为6的算符集合是什么？
• RQ2 在积分掉右手中性规范玻色子后，希格斯玻色子与矢量玻色子的耦合（$WW h$、$ZZ h$、$\gamma\gamma h$）如何依赖于有效算符的系数？
• RQ3 在低能有效理论中，哪些算符是冗余或可忽略的，特别是在费米子质量为零的极限下？
• RQ4 左右戈尔戈尼玻色子尺度之间的层级关系（$f_L$ 与 $f_R$）如何影响有效算符基底以及新物理修正的大小？
• RQ5 在更大的规范群和动力学希格斯的背景下，先前低能非线性EFT的UV完成是什么？

主要发现

• 该论文在非线性左右对称模型中，识别出一个完整且最小的24个CP守恒、维数为6的算符基底，位于有效拉格朗日量的 $p^4$ 阶。
• 在应用运动方程并移除冗余算符后，发现19个算符为非物理或可忽略，最终保留12个左手中性算符、5个右手中性算符和7个左右混合算符。
• 物理耦合 $g_6^{\gamma}$、$g_6^Z$ 和 $g_6^{\gamma Z}$ 以系数 $c_{9,L}$、$c_{16,L}$ 和 $c_{13(2)}$ 表示，显式依赖于 $s_W$、$c_W$ 和 $s_{2W}$。
• $hVV$ 耦合（包括 $WW h$、$ZZ h$ 和 $\gamma\gamma h$）由算符 $\mathcal{P}_{7,L}$、$\mathcal{P}_{9,L}$ 和 $\mathcal{P}_{10,L}$ 的线性组合决定，尽管后两者在分析中可忽略。
• 证明该有效算符基底是早期低能非线性EFT（如 Refs. Appelquist:1980vg, Longhitano:1980iz, 和 Brivio:2013pma）的通用UV完成。
• 分析确认，积分掉重的右手中性规范玻色子会导致新物理效应的层级抑制，其参数化为 $f_L/f_R$，从而在低能下导致算符基底的简化。