[论文解读] Standard Model with a distorted Higgs sector and the enhanced Higgs diphoton decay rate

Archil Kobakhidze|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 16

一句话总结

该论文提出一种非线性实现的电弱规范对称性，其中希格斯粒子在 SU(2)×U(1) 下为单态，引入希格斯-顶夸克耦合中的 CP 破坏，从而在不改变希格斯粒子产生机制的前提下增强希格斯粒子衰变为两个光子的宽度。该模型在一系列 CP 破坏相位下实现信号强度 μγγ ≈ 1.5–2.0，同时将顶夸克-希格斯耦合常数降低至标准模型（SM）以下，解决了真空稳定性问题。

ABSTRACT

We propose a theoretical justification for the anomalous Higgs couplings without extending the particle content of the Standard Model, but rather assuming different realization of the electroweak symmetry and the representation of the Higgs field. Namely, the electroweak symmetry in our model is non-linearly realised with the Higgs field residing in the singlet representation of the electroweak gauge group. Within this framework we identify the simplest scenario with CP-violating Higgs-top coupling which explains the enhanced rate of $h oγγ$, while the Higgs production cross section is unaffected. Remarkably, this can be achieved with a reduced strength of the Higgs-top Yukawa coupling, $| y_t|

研究动机与目标

• 在不引入新粒子或规范对称性的前提下，解释观测到的希格斯粒子双光子衰变率增强（μγγ ≈ 1.5–2）。
• 尽管衰变宽度发生偏离，仍保持通过胶子-胶子融合过程的希格斯粒子产生率与标准模型水平一致。
• 通过将顶夸克-希格斯耦合常数降低至标准模型值以下，解决 125–126 GeV 希格斯粒子的电弱真空稳定性问题。
• 为电弱重子生成提供一个新框架，通过希格斯-顶夸克相互作用中的 CP 破坏实现。

提出的方法

• 假设 SU(2)×U(1) 电弱规范对称性的非线性实现，其中希格斯场 ρ 在规范群下为单态。
• 通过顶夸克-希格斯相互作用项中的复相位 α 引入 CP 破坏的希格斯-顶夸克耦合，以 cos(α) 参数化。
• 构建希格斯势 V = (μ²/2)ρ² + (σ/3)ρ³ + (λ/4)ρ⁴，其真空期望值 ⟨ρ⟩ = v ≈ 246 GeV 非零。
• 通过 m_h² = ∂²V/∂ρ²|ρ=v 推导出物理希格斯粒子质量，确保规范相互作用与标准模型一致。
• 利用有效拉格朗日量计算希格斯粒子双光子衰变宽度，包含 CP 偶和 CP 奇的希格斯-顶夸克及 W 玻色子圈图贡献。
• 施加条件 σ(gg→h)/σ_SM(gg→h) ≈ 1 以约束顶夸克-希格斯耦合强度，得出 |y_t| < |y_t^SM|。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不引入新粒子或扩展规范对称性的前提下，解释增强的希格斯粒子双光子衰变率？
• RQ2 在衰变宽度发生偏离的情况下，希格斯粒子产生率是否仍可保持与标准模型一致？
• RQ3 CP 破坏的希格斯-顶夸克耦合是否能为观测到的 μγγ ≈ 1.5–2.0 提供一致的解释？
• RQ4 该模型中降低的顶夸克-希格斯耦合常数是否可缓解电弱真空稳定性问题？
• RQ5 由于希格斯场中存在 CP 破坏，该模型是否适用于电弱重子生成？

主要发现

• 当 cos(α) 取值在 −0.64 < cos(α) < 0.41 范围内时，该模型可实现双光子信号强度 μγγ ≈ 1.5–2.0，与当前 LHC 数据一致。
• 顶夸克-希格斯耦合常数降低至标准模型值的 62%–72%，|y_t/y_t^SM| ≈ 0.62–0.72，具体取决于 CP 破坏相位。
• 在标准模型中，h̄tt 与 hWW 贡献之间的破坏性干涉被减弱或反转，导致构造性干涉，从而增强 h→γγ。
• 该模型预测希格斯-顶夸克耦合中存在非零的 CP 奇分量，其对 h→γγ 的贡献为正，且不与标准模型的 W 玻色子圈图发生破坏性干涉。
• 通过将顶夸克-希格斯耦合常数约束在标准模型值以下，该模型保持了通过胶子-胶子融合过程的希格斯粒子产生率与标准模型一致，符合当前实验数据要求。
• 由于希格斯-顶夸克相互作用中存在 CP 破坏，该模型为电弱重子生成提供了可行机制，具有生成观测到的重子不对称性的潜力。