[论文解读] Techni-Composite Higgs models with (a)symmetric dark matter candidates

Soerensen, Philip, Mads T. Frandsen+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 1

一句话总结

该论文提出了一种新颖的技工-复合希格斯模型，同时实现复合希格斯与技术色禁闭真空，通过SU(2)R单极子反常实现U(1)X对称性下的非对称暗物质（ADM）。该模型实现了重子与暗物质丰度的共同起源，其中暗物质候选者为稳定的小强规范玻色子（pNGB）或重子态，且推导出的暗物质与重子密度比值为|ΩDM/ΩB| ≈ (2/3)(3 + L/B)，当六费米子算符对部分但非全部标准模型世代效率不足时，与观测结果一致。

ABSTRACT

We propose a novel class of composite models that feature both a technicolor and a composite Higgs vacuum limit, resulting in an asymmetric dark matter candidate. These Techni-Composite Higgs models are based on an extended left-right electroweak symmetry with a pseudo-Nambu Goldstone boson Higgs and stable dark matter candidates charged under a global $\mathrm{U}(1)_X$ symmetry, connected to the baryon asymmetry at high temperatures via the $SU(2)_{ m R}$ sphaleron. We consider, as explicit examples, four-dimensional gauge theories with fermions charged under a new confining gauge group $G_{ m HC} $.

研究动机与目标

• 通过共同起源将暗物质丰度与重子不对称性联系起来，以解决暗物质丰度的开放问题。
• 构建一个同时支持复合希格斯（CH）与技术色（TC）真空极限的模型。
• 实现一种稳定、复合的暗物质候选者，其电荷受全局U(1)X对称性支配。
• 确保U(1)X对称性在SU(2)R单极子作用下具有反常性，从而实现与重子相同的不对称性生成机制。
• 抑制暗物质的热丰度，使其与宇宙学观测结果一致。

提出的方法

• 引入扩展的左右对称电弱规范群SU(2)L ⊗ SU(2)R ⊗ U(1)Y′，通过强相互作用动力性破缺。
• 在左手部分实现CH极限（通过SU(N)/Sp(N)或SU(N)/SO(N)共轭空间），在右手部分实现TC真空并保持U(1)X未破缺。
• 利用四维规范理论中的超费米子，其变换于约束性GHC群，以生成全局对称性破缺与小强规范玻色子希格斯。
• 引入六费米子算符以介导单极子过程，确保标准模型费米子与技术费米子之间的化学势平衡。
• 应用来自单极子与电弱相互作用的平衡条件，推导出对化学势µX（暗物质）与µB（重子）的约束。
• 使用统计抑制因子σ(m/TF)在热冻结条件下计算暗物质与重子能量密度比值ΩDM/ΩB。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个单一模型能否同时实现复合希格斯与技术色真空？
• RQ2 能否一致地将稳定、复合的暗物质候选者耦合至电弱规范体系并赋予U(1)X对称性？
• RQ3 U(1)X对称性在SU(2)R单极子作用下是否仍具有反常性，从而实现与重子相同的不对称性生成？
• RQ4 此类模型中暗物质与重子的最终丰度比为何？
• RQ5 该暗物质候选者的热丰度能否被充分抑制以匹配宇宙学观测？

主要发现

• 该模型成功地同时实现了复合希格斯与技术色真空极限，从而为电弱对称性破缺与暗物质提供了统一描述。
• 暗物质候选者为稳定复合态（小强规范玻色子或重子），其电荷受全局U(1)X对称性支配，稳定性由该对称性保护。
• U(1)X对称性在SU(2)R单极子作用下具有反常性，从而允许重子与暗物质不对称性具有共同起源。
• 在六费米子算符对至少一个标准模型世代效率不足的条件下，暗物质与重子丰度比为|ΩDM/ΩB| ≈ (2/3)(3 + L/B)，其中L与B分别为轻子数与重子数。
• 通过化学势约束与统计因子σ(m/TF)的协同作用，成功抑制了热丰度，确保与观测到的暗物质丰度一致。
• 该模型可在最小的四维规范理论中实现，其中N=4外尔费米子以伪实或复表示变换于约束群GHC。