[论文解读] TASI Lectures on Non-Supersymmetric BSM Models

Csaba Csáki, Salvator Lombardo+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文全面介绍了非超对称模型中解决层次问题的机制，重点探讨了通过集体对称性自发破缺和额外维度实现的复合希格斯与小希格斯模型。建立了弯曲额外维与复合希格斯模型之间的全息对偶关系，表明希格斯粒子作为伪戈尔达斯通玻色子出现，其自然质量由近似全局对称性保护，从而实现约 v²/f² ≲ 1/9–1/25 的微调。

ABSTRACT

These lectures provide a self-contained introduction to the essential aspects of non-supersymmetric beyond the Standard Model (BSM) physics for beginning graduate students who are already familiar with quantum field theory. After a detailed review of the physical meaning of the hierarchy problem, we introduce the key ingredients of the physics of Goldstone bosons necessary for many non-supersymmetric new physics models. Next we discuss the concept of collective symmetry breaking and present the main elements leading to little Higgs/composite Higgs models. We then turn to extra dimensional theories. After covering some of the basics of extra dimensional physics, we describe warped extra dimensions and explain how the AdS/CFT correspondence leads to realistic RS models and the holographic minimal composite Higgs model.

研究动机与目标

• 为熟悉量子场论的研究生提供非超对称新物理的自包含教学性导论。
• 解释层次问题的物理起源，以及为何希格斯质量对新物理尺度具有二次敏感性。
• 建立戈尔达斯通玻色子与集体对称性自发破缺的理论框架，作为构建电弱对称性自发破缺自然模型的核心工具。
• 通过AdS/CFT对应关系，建立弯曲额外维与全息复合希格斯模型之间的联系。
• 分析小希格斯与最小复合希格斯模型中希格斯势的结构，强调部分复合性与RS-GIM机制在抑制味改变中性流中的作用。

提出的方法

• 通过使用截断调节器 Λ 表示新物理尺度，利用一阶圈图中的二次发散来回顾层次问题。
• 介绍全局对称性的非线性实现形式，以及包含显式破缺项的戈尔达斯通玻色子低能有效拉格朗日量。
• 在小希格斯模型中发展集体对称性自发破缺的概念，其中希格斯质量因多个规范群的二次发散相互抵消而受到保护。
• 构建包含体希格斯与规范场的弯曲额外维模型（朗道-萨克斯模型），利用AdS/CFT对应关系将5维理论映射为4维强耦合共形场论。
• 通过围线积分与谱函数，从Kaluza-Klein模态推导4维Coleman-Weinberg势，其中希格斯依赖的质量被编码在边界条件矩阵的行列式中。
• 使用谱函数 ρ(−k²) = 1 + F(−k²) sin²(λRh/f) 计算有效希格斯势，表明动量尺度 MKK ≈ g∗f 充当物理截断。

实验结果

研究问题

• RQ1 希格斯质量对新物理尺度的二次敏感性如何导致层次问题？为何这并非正则化方案的产物？
• RQ2 戈尔达斯通玻色子及其非线性实现形式在构建电弱对称性自发破缺的自然模型中起什么作用？
• RQ3 在小希格斯模型中，集体对称性自发破解如何保护希格斯质量免受大量子修正的影响？
• RQ4 AdS/CFT对应关系如何将弯曲额外维与全息复合希格斯模型联系起来？
• RQ5 最小复合希格斯模型中希格斯势的结构由什么决定？从希格斯耦合测量中会引出哪些约束？

主要发现

• 希格斯质量对新物理尺度具有二次敏感性，除非有新动力学机制保护，否则将导致层次问题，如复合希格斯模型中所实现的那样。
• 希格斯可被实现为自发性破缺全局对称性的伪戈尔达斯通玻色子（pNGB），其质量由近似全局对称性保护。
• 在小希格斯模型中，集体对称性自发破缺确保希格斯质量不产生二次发散，因为不同规范群的二次发散由于群结构而相互抵消。
• 全息最小复合希格斯模型（MCHM）通过AdS/CFT对应关系重现希格斯势，其有效势源于Kaluza-Klein模态与谱函数。
• 有效希格斯势的形式为 V = α sin²(h/f) + β₁ sin²(h/f) + β₂ sin⁴(h/f)，其中希格斯耦合受 f/v ≳ 3–5 的约束，以避免与标准模型值产生显著偏离。
• 该模型要求微调程度为 v²/f² ≲ 1/9–1/25，与实验约束一致，且与LEP约束所预期的微调程度相当。