[论文解读] The Dynamical Composite Higgs

Gero von Gersdorff, Eduardo Pontón+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用 4

一句话总结

本文通过超临界耦合的四费米子相互作用，提出了一种最小的、非超对称的伪Nambu-Goldstone Higgs模型的紫外完备化方案，实现了SO(5)→SO(4)全局对称性自发破缺。Higgs粒子作为复合束缚态通过Nambu-Jona-Lasinio机制产生，其约化红外固定点确保了对高能尺度的不敏感性；该模型成功再现了观测到的Higgs质量，在参数空间的部分区域满足电弱精确测试，预测了多TeV量级的单态标量和旋矢 fermions，并可通过可重整化理论实现紫外完备化。

ABSTRACT

We present a simple microscopic realization of a pseudo-Nambu-Goldstone (pNGB) boson Higgs scenario arising from the breaking of $SO(5) ightarrow SO(4)$. The Higgs constituents are explicitly identified as well as the interactions responsible for forming the bound state and breaking the electroweak symmetry. This outcome follows from the presence of four-fermion interactions with a super-critical coupling, and uses the Nambu-Jona-Lasinio mechanism to break the global $SO(5)$ symmetry. The Higgs potential is found to be insensitive to high energy scales due to the existence of an approximate infrared fixed point. The appearance of vector resonances is described and the correspondence with other proposals in the literature established. The model described here is significantly simpler than other recent ultraviolet completions of pNGB scenarios. The observed Higgs mass can be accommodated, and agreement with electroweak precision tests achieved in certain regions of parameter space. There are also new vector-like fermions, some of which may lie within reach of the LHC. In addition, we predict a heavy standard model singlet scalar in the multi-TeV range. The amount of fine-tuning required in the model is studied. Finally, we show that such a scheme can be completed in the ultraviolet by a renormalizable theory.

研究动机与目标

• 构建一个最小的、非超对称的伪Nambu-Goldstone Higgs情景的紫外完备化方案，以避免二次发散。
• 通过超临界耦合的四费米子相互作用实现电弱对称性自发破缺，避免引入基本标量粒子。
• 通过近似红外固定点证明Higgs势对高能尺度不敏感。
• 识别矢量共振态和新旋矢 fermions 的出现，其中部分可在大型强子对撞机（LHC）上探测到。
• 证明该模型可通过可重整化理论实现紫外完备化，并评估所需的微调程度。

提出的方法

• 该模型采用超临界耦合的四费米子相互作用，通过Nambu-Jona-Lasinio机制触发全局SO(5)对称性的自发破缺。
• Higgs玻色子被识别为费米子的复合束缚态，电弱尺度通过显式全局对称性破缺下的一圈Coleman-Weinberg势能生成。
• 利用包含场依赖质量的圈图计算有效势能，通过场依赖截断方法仔细处理红外发散问题。
• 通过跑动方程研究QCD相互作用对固定点行为和费米子反常维数的影响。
• 将径向模式视为重标量场，并应用复合性条件以确保Higgs不是基本粒子。
• 通过将四费米子相互作用嵌入含重旋矢 fermions 和标量单态的可重整化规范理论，实现紫外完备化。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过四费米子相互作用构建一个最小的、非超对称的伪Nambu-Goldstone Higgs模型的紫外完备化？
• RQ2 由于近似红外固定点的存在，该模型的Higgs势是否仍对高能物理不敏感？
• RQ3 该模型是否能在可行的参数空间区域内再现观测到的Higgs质量并满足电弱精确测试？
• RQ4 其现象学信号（如旋矢 fermions 和重标准模型单态标量）是什么？它们是否可在LHC上探测到？
• RQ5 所需的微调程度如何？该模型是否可通过可重整化理论实现紫外完备化？

主要发现

• Higgs质量成功匹配观测值，在参数空间的某些区域与电弱精确测试结果一致。
• 由于存在近似红外固定点，Higgs势对高能尺度不敏感，从而有效抑制了二次发散。
• 该模型预测了多TeV量级的、源自复合Higgs径向模式的重标准模型单态标量。
• 矢量共振态在模型中自然涌现，负责抵消SM规范玻色子对Higgs质量参数的二次发散。
• 预测了新的旋矢 fermions，其中部分可能在LHC上探测到，具体取决于其质量和耦合强度。
• 该模型可通过可重整化理论实现紫外完备化，且微调程度适中，尤其相较于基本标量模型而言。