[论文解读] Unitary Higgsless and Higgsful Standard Models from Spontaneous Dimensional Reduction and Weak Boson Scattering at the LHC

Hong-Jian He, Zhong-Zhi Xianyu|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于自发维度还原（SDR）的统一希格斯无与希格斯有标准模型框架，其中在高能下时空维度会减少。通过将SDR纳入非线性实现的电弱规范理论，该模型在无希格斯玻色子的情况下仍能保持纵向W玻色子散射的幺正性，并进一步表明SDR可解决具有异常规范耦合的希格斯有标准模型中的层次问题，从而通过大型强子对撞机（LHC）WW散射数据与传统标准模型区分开来。

ABSTRACT

Spontaneous dimensional reduction (SDR) is a striking phenomenon predicted by a number of quantum gravity approaches which all indicate that the spacetime dimensions get reduced at high energies. In this work, we construct an effective theory of electroweak interactions based on the minimal Higgsless standard model with nonlinearly realized electroweak gauge symmetry and incorporating the spontaneous reduction of space-dimensions. Such a Higgsless standard model is manifestly renormalizable at high energies. In spite of no Higgs-boson-like excitations in our model, we reveal that the scattering amplitude of longitudinal weak bosons remains unitary at high energies. We further demonstrate that this can be discriminated from the conventional standard model (SM) and its extensions by the WW scattering experiments at the CERN LHC. Finally, we study an extension for the Higgsful SM with TeV-scale SDR, as a natural solution to the hierarchy problem. It contains either a light or heavy Higgs boson with anomalous gauge couplings. We show that the corresponding WW scattering cross sections become unitary at TeV scale under the SDR, but exhibit different behaviors.

研究动机与目标

• 通过自发维度还原（SDR）构建一个显式可重整化的希格斯无电弱模型。
• 确保在谱中无希格斯玻色子的情况下，纵向弱玻色子散射的幺正性。
• 探讨SDR如何解决希格斯有标准模型中的层次问题。
• 通过大型强子对撞机（LHC）的WW散射可观测量，将基于SDR的模型与传统标准模型区分开来。

提出的方法

• 基于最小希格斯无标准模型与非线性实现的规范对称性，构建一个有效电弱理论。
• 将自发维度还原（SDR）作为高能下减少时空维度的机制。
• 构建一个基于SDR的幺正希格斯无模型，使得高能下纵向W玻色子散射振幅保持有限。
• 将模型扩展以包含一个TeV量级的希格斯玻色子，并具有异常规范耦合，同时在SDR框架下进行。
• 分析LHC中WW散射截面，将基于SDR的模型与传统标准模型进行比较。
• 使用有效场论技术推导幺正性条件，并将预测与实验数据进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 自发维度还原（SDR）能否为无希格斯玻色子情况下的纵向W玻色子散射提供幺正性机制？
• RQ2 在希格斯无模型中，SDR如何影响电弱相互作用的可重整化性与高能行为？
• RQ3 SDR能否作为希格斯有标准模型中层次问题的自然解决方案？
• RQ4 与传统标准模型相比，SDR在WW散射中具有哪些独特的LHC信号？
• RQ5 在基于SDR的希格斯有模型中，异常规范耦合如何影响TeV能量尺度下WW散射的幺正性？

主要发现

• 基于SDR的希格斯无模型即使在无希格斯玻色子的情况下，也能在高能下保持纵向W玻色子散射的幺正性。
• 由于维度还原带来的高能抑制，该模型具有显式可重整性。
• SDR机制导致WW散射截面与传统标准模型不同，从而可在LHC上实现实验区分。
• 在希格斯有扩展中，TeV量级的SDR为层次问题提供了自然的解决方案。
• 基于SDR的希格斯有模型预测存在一个轻或重的希格斯玻色子，具有异常规范耦合，从而在TeV能量尺度下实现WW散射的幺正性。
• 该模型在WW散射中表现出与标准模型不同的显著现象学信号，为欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机提供了可检验的预测。