Исследование модификаций свойств бозона Хиггса в теориях с дополнительными измерениямиНИР

Соисполнители НИР

НИИЯФ МГУ Координатор

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 27 июня 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование модификаций свойств бозона Хиггса в теориях с дополнительными измерениями
Результаты этапа: 1. Впервые получен эффективный лагранжиан взаимодействия радиона с полями Стандартной модели (СМ) без использования уравнений движения полей СМ и с учетом взаимодействия полей СМ в первом порядке по калибровочным константам связи СМ. 2. Изучен механизм смешивания радиона с полем Хиггса СМ и найден спектр физических степеней свободы скалярных полей. Соответствующие правила Фейнмана выведены и внесены в программу автоматизированных вычислений CompHEP. 3. Проведены вычисления сечений процессов с излучением радиона в сопровождении одного и более калибровочных бозонов и показано, что эти сечения как на древесном, так и на петлевом уровне получаются из соответствующих сечений рождения бозона Хиггса просто перемасштабированием общих констант.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование модификаций свойств бозона Хиггса в теориях с дополнительными измерениями
Результаты этапа: Предложена новая модель, в которой вакуумное среднее поля Хиггса и, соответственно, механизм спонтанного нарушения симметрии Стандарной модели связан с механизмом стабилизации размера дополнительного измерения в модели Рэндалл-Сундрума. В модели возникает взаимодействие поля Хиггса с полем радиона, низшей модой возбуждения склярного поля, ответственнного за флуктуации метрики в дополнительном пространственном измерении, и с башней более высоких возбуждений Калуцы-Кляйна этого скалярного поля. Переход к физическим состояниям с определенной массой позволил получить эффективный лагранжиан взаимодействия двух физических бозонов, в которых доминируют либо бозон Хиггса, либо радион, с полями Стандартной модели. Иследованы длве возможные априори ситуации, в которых один из этих бозонов оттождествляется с обнаруженным на LHC бозоном с массой около 125 ГэВ. Измеренные на LHC величины точностей парциальных ширин распадов бозона с массой 125 ГэВ по различным модам и экпериментальные ограничения на существование бозонов с большими массами позволили получить ограничения на параметры рассматриваемой модели, а именно, массу второго бозона и угол смешивания бозона Хиггса и радиона. Показано, что интерпретация бозона с массой 125 ГэВ как состояния с доминированием бозона Хиггса является существенно предпочтительней. Однако, с высокой степенью достоверности нельзя исключить интерпретации наблюденного состояния с массой 125 ГэВ как двух бозонов с очень близкими массами. Существование радиона является одним из общих предсказаний в теориях с дополнительными измерениями при наличии граничных поверхностей, называемых бранами. Оказывается, что по структуре взаимодействий с полями Стандартной модели радион похож на бозон Хиггса. Обнако, для фермионов вне массовой поверхности лагранжиан взаимодействия с полем радиона отличается от лагранжиана взаимодействия с полем Хиггса. Тем не менее, как было показано, для всех физических процессов с рождением одного бозона Хиггса и одного радиона в сопровождении любого числа калибровочных бозонов происходит сокращение между вкладами, обусловленными различающими членами взаимодействия в лагранжиане и вкладами от дополнительно возникающих в случае радиона диаграмм Феймана. В 2015 году было позазано, что в случае парного рождения бозонов Хиггса и пары радион и бозон Хиггса имеются определенные различия. Последнее обстоятельство должно быть иследовано более детально в силу важной проблемы измерения профиля потенциала поля Хиггса на коллайдерах.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование модификаций свойств бозона Хиггса в теориях с дополнительными измерениями
Результаты этапа: 1. Изучено влияние ограничений, происходящих из измерений параметров наблюдаемого 125 ГэВ-ного бозона Хиггса и от неподтвержденного 750 ГэВ-ного дифотонного всплеска на БАК, на свойства возможного дополнительного скалярного бозона, предсказываемого в различных расширениях Стандартной модели (СМ). Для этого рассмотрено расширение СМ, основанное на стабилизированной модели мира на бране, в которой эффективный низкоэнергетический лагранжиан для скалярных степеней свободы оказывается очень общим и, для различных значений параметров модели, воспроизводит лагранжианы скалярных полей различных расширений СМ синглетными скалярами. На основе проведенного анализа данных по рождению 125 ГэВ-ного скалярного бозона и данных по сечениям характерных процессов в области больших масс сделан вывод о том, что в различных расширениях Стандартной модели синглетным скаляром состояния с массой, большей массы бозона Хиггса 125 ГэВ и меньшей примерно 1 ТэВ, имеют сечения в несколько десятков раз меньше доступных для наблюдения сечений. 2. Показано, что, несмотря на существенное различие в видах взаимодействия бозонов Хиггса и радиона с другими полями СМ вне массовой поверхности, в процессах как на древесном уровне, так и при наличии фермионных петель, отличие в амплитудах процессов сводится к такому, как если бы вместо радиона в процессах участвовало скалярное поле с Хиггсовским типом взаимодействия с полями СМ, но со смещенными параметрами самодействия. Это свойство является универсальным и проявляется при любом наборе участвующих в процессе векторных и фермионных частиц как в промежуточных, так и в начальных и конечных состояниях. Хорошо известное различие существует только в процессах со взаимодействиями бозона Хиггса и радиона с безмассовыми векторными полями, обусловленными аномалиями. Таким образом, экспериментальное исследование профиля самодействия бозона Хиггса, основанное на изучении процессов с парным рождением бозонов Хиггса, может осложняться еще и тем обстоятельством, что нужно будет различать такие процессы и процессы с ассоциированным рождением бозона Хиггса и других возможных скалярных полей с радионоподобным взаимодействием с полями материи. 3. Закончено исследование общих свойств теорий, описывающих взаимодействие пятимерных полей материи с полем Хиггса, также в общем случае распространяющимся во всем многомерном пространстве. Для трех вариантов наборов параметров теории, не приводящих к патологическим уравнениям четвертого порядка для компонент пятимерных спиноров или их линейных комбинаций, явно приведены процедуры разложения пятимерных полей по Калуца-Клейновским модам, которые существенно отличаются друг от друга. Детально исследован наиболее интересный сценарий, в котором вакуумное решение для поля Хиггса определенным образом выражается через фоновое решение для гравитационного поля, что приводит к постоянным волновым функциям калибровочных бозонов. При этом локализация нулевой моды поля фермионов не предполагается, что гарантирует отсутствие патологий в виде уравнений движения четвертого порядка. Для данного случая был выведен эффективный четырехмерный лагранжиан теории на уровне нулевых мод, что соответствует лагранжиану Стандартной модели. Показано,что константы взаимодействия фермионов с калибровочными бозонами, а также константы самодействия калибровочных бозонов, оказываются такими же, как в Стандартной модели. Основное отличие от Стандартной модели возникает в хиггсовском секторе — константа связи бозона Хиггса с фермионами отличается от соответствующей константы связи в Стандартной модели, также отличаются константы самодействия хиггсовского бозона. Явно рассчитаны отклонения соответствующих констант от значений Стандартной модели, которые не противоречат в пределах ошибок существующим данным по измерению юкавских констант взаимодействия бозона Хиггса. 4. Продолжены исследования расширения Стандартной модели с помощью модели Рэндалл- Сундрума, в которой стабилизация размера дополнительного измерения осуществляется с помощью пятимерного поля Хиггса. Вследствие требования локальной калибровочной инвариантности в такой теории с необходимостью присутствуют пятимерные электрослабые калибровочные поля. Для этой теории построен лагранжиан второй вариации на фоне произвольной вакуумной конфигурации полей модели, который включает в себя и калибровочные поля, и найдены уравнения движения для полей линеаризованной теории. Эти уравнения упрощаются при подстановке в них фонового решения для поля Хиггса, которое приводит к спонтанному нарушению электрослабой калибровочной симметрии SU(2)xU(1) до U(1) и,соответственно, имеет только отличную от нуля действительную нижнюю компоненту, зависящую только от координаты дополнительного измерения. Анализ полученных уравнений в унитарной калибровке привел к результату, что дополнительные скалярные компоненты калибровочных полей обращаются в нуль вследствие уравнений движения, т.е. в рассматриваемой теории не возникают дополнительные скалярные степени свободы, и она является феноменологически приемлемой. Изучены дополнительные взаимодействия бозона Хиггса, который в рассматриваемой модели является также и радионом. Показано, что константа связи бозона Хиггса со следом тензора энергии-импульса калуца-клейновских мод пятимерных калибровочных полей не является универсальной, как для полей на бране, а зависит от интеграла перекрытия волновой функции поля Хиггса и квадрата волновой функции моды и должна вычисляться отдельно для каждой моды в каждой конкретной модели.

Статьи по НИР

Доклады на конференциях по НИР