[论文解读] Towards a fundamental safe theory of composite Higgs and Dark Matter

Giacomo Cacciapaglia, T. Ma+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用 10

一句话总结

本文提出了一种基于费米子前子的基本理论的紫外完备、渐近安全复合希格斯模型，包含暗物质（DM），该理论从紫外固定点演化至红外固定点，实现了行走的规范动力学。该模型实现了所有标准模型费米子的部分复合性，并识别出一个在260 GeV或1.5–2 TeV质量范围内的可行暗物质候选者，可在下一代直接探测实验中检验。

ABSTRACT

We present a novel paradigm that allows to define a composite theory at the electroweak scale that is well defined all the way up to any energy by means of safety in the UV. The theory flows from a complete UV fixed point to an IR fixed point for the strong dynamics (which gives the desired walking) before generating a mass gap at the TeV scale. We discuss two models featuring a composite Higgs, Dark Matter and partial compositeness for all SM fermions. The UV theories can also be embedded in a Pati-Salam partial unification, thus removing the instability generated by the $\mbox{U}(1)$ running. Finally, we find a Dark Matter candidate still allowed at masses of $260$ GeV, or $1.5 \sim 2$ TeV, where the latter mass range will be covered by next generation direct detection experiments.

研究动机与目标

• 构建一个基本的、紫外完备的复合希格斯与暗物质理论，使其在所有能量尺度下保持可预测性。
• 通过部分复合性解决层次问题并生成所有标准模型费米子的质量，而无需引入基本标量。
• 通过大量重费米子前子驱动理论趋向紫外固定点，确保理论渐近安全。
• 将模型嵌入类似Pati-Salam的局部统一结构中，以稳定U(1)跑动并避免 gauge 无序性。
• 识别一个稳定、弱耦合的暗物质候选者，其性质与观测到的宇宙遗迹密度及直接探测约束一致。

提出的方法

• 利用大-N_f 重求和技术，在具有费米子前子的强规范-汤川理论中识别紫外固定点。
• 通过大量重前子场施加紫外固定点，确保理论在所有能量尺度下均定义良好。
• 通过全局对称性自发性自发破缺构建复合希格斯，使希格斯作为Nambu-Goldstone玻色子出现。
• 通过变换为全局SU(4)_L × SU(4)_R 对称性的赝标场，构建所有标准模型费米子的部分复合性。
• 通过引入暗物质宇称（P_B）稳定费米子型暗物质候选者，其相互作用由顶夸克伙伴和希格斯耦合介导。
• 利用FeynRules和micrOMEGAs计算暗物质遗迹密度与自旋无关散射截面，完成现象学匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过基本的、渐近安全的费米子前子理论实现复合希格斯的紫外完备化？
• RQ2 如何在不引入基本标量或过度微调的前提下，一致地实现所有标准模型费米子的部分复合性？
• RQ3 紫外固定点在稳定理论并实现希格斯 sector 行为的行走动力学中起什么作用？
• RQ4 能否从相同的基本动力学中自然地产生一个暗物质候选者，其质量与耦合常数与宇宙学和直接探测约束一致？
• RQ5 将模型嵌入类似Pati-Salam的统一结构中，如何影响规范耦合跑动与紫外安全性？

主要发现

• 该理论从紫外固定点演化至红外固定点，使强相互作用中出现行走行为，从而稳定希格斯质量并支持部分复合性。
• 在260 GeV处识别出一个可行的暗物质候选者，第二个允许区域位于1.5–2 TeV之间，可被下一代直接探测实验探测。
• 通过大量前子实现所有标准模型费米子的部分复合性，顶夸克质量由强相互作用动力学生成。
• 暗物质候选者通过离散的暗物质宇称稳定，当其与顶夸克伙伴相互作用时，其遗迹密度与观测值一致。
• 标量势通过部分复合性拉格朗日量的圈修正生成，且与micrOMEGAs完成完整匹配，用于现象学分析。
• 通过嵌入类似Pati-Salam的局部统一结构，避免了U(1)跑动带来的不稳定性，增强了紫外一致性。