[論文レビュー] 126 GeV Higgs and ATLAS bound on the lightest graviton mass in Randall-Sundrum model

Ashmita Das, Soumitra SenGupta|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2013

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、126 GeVのヒッグスボソンの文脈において、ランダル＝サンドラム模型がATLASの軽いカルラ・キーン・グレイビトン質量に関する実験的制約と整合するかを検討する。理論的予測がATLASデータと整合するためには、理論のカットオフスケールがプランクスケールより少なくとも2桁小さい必要があり、これは約10^17 GeVのスケールで新しい物理が存在することを示唆する。

ABSTRACT

In the search for extra dimension through dilepton events in 7-TeV proton-proton collision, the ATLAS detector at LHC has set stringent lower bound on the mass of the Randall-Sundrum (RS) lightest graviton Kaluza-Klein (KK) mode. Considering that the Randall-Sundrum model undertakes to resolve the well-known gauge hierarchy/fine tuning problem to restrict the Higgs mass within the estimated $\sim 126$ GeV against large radiative correction upto the cut-off of the model, we explore the allowed parameter space within which the RS model can be trusted. We show that the consistency of the model with ATLAS results constrains the cut-off of the theory which is atleast two order lower than the Planck/Quantum gravity scale implying the possible existence of a new Physics at this lower scale.

研究の動機と目的

• ランダル＝サンドラム模型が126 GeVのヒッグスボソンの文脈におけるATLASの軽いカルラ・キーン・グレイビトン質量に関する実験的制約と整合するかを評価すること。
• ヒッグスの階層問題の解決とLHCのデータの両方を満たすために必要なRS模型のカットオフスケールを特定すること。
• この制約が標準模型を超える新しい物理に与える影響を検討すること。
• 理論的予測とATLASの結果との間の不整合から、新しい物理のスケールの下限を定量化すること。

提案手法

• 歪んだ計量とオービフォールドされた余剰次元を用いて、ランダル＝サンドラム模型における最も軽いカルラ・キーン・グレイビトンモードの質量を導出する。
• 関係式 $ m_1 = x_1 \epsilon^{2/3} \frac{m_H}{\alpha} $ を用いる。ここで $ \epsilon = k / \overline{M}_{Pl} $、$ x_1 = 3.83 $、$ m_H = 126 $ GeV である。
• 理論的予測された $ m_1 $ と、二重レプトン過程からのATLASによるグレイビトン質量の下限を比較する。
• ATLASの制約を満たすために必要な $ \alpha $ の閾値、すなわちカットオフスケール $ m_0 = \alpha M $ と5次元プランクスケールの比を計算する。
• 歪んだ背景におけるベッセル関数から導かれたグレイビトンKKモードの正規化および波動関数の解を適用する。
• 質量固有値を決定するために $ J_1(x_n) = 0 $ の条件を用い、$ m_n = x_n k e^{-k r_c \pi} $ に至る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 与えられた $ \epsilon = k / \overline{M}_{Pl} $ に対して、ランダル＝サンドラム模型における最も軽いカルラ・キーン・グレイビトンモードの予測質量は何か？
• RQ2 グレイビトン質量に関する理論的予測は、二重レプトン過程からのATLASの実験的下限とどのように比較されるか？
• RQ3 RS模型とATLASデータを整合させるために必要なカットオフスケール $ m_0 = \alpha M $ の値は何か？
• RQ4 必要なカットオフスケールは、標準模型を超える新しい物理のスケールについて何を示唆するか？
• RQ5 RS模型は、ヒッグスの階層問題の解決と現在のLHCの制約の両方と整合するか？

主な発見

• 理論的予測では、$ \epsilon \in [0.01, 0.1] $ の範囲で、RS模型における最も軽いKKグレイビトン質量は、ATLASの実験的下限を著しく下回るため、矛盾が生じる。
• ATLASの制約を満たすためには、カットオフスケール $ m_0 $ がプランクスケールより少なくとも2桁小さい必要があり、$ \alpha \lesssim 0.05 $ であると示唆される。
• 特に $ \epsilon = 0.01 $ の場合、必要な $ \alpha \approx 2.2 \times 10^{-2} $ であり、これはカットオフスケールが $ \sim 10^{17} $ GeV に相当する。
• 新しい物理のスケールは $ \sim 10^{17} $ GeV に制限され、プランクスケールの $ \sim 10^{19} $ GeV よりも著しく低い。
• この矛盾は、プランクスケールに自然にカットオフを持つRS模型が、ATLASのデータと整合しないほど過小なグレイビトン質量を予測するため生じる。
• この結果は、RS模型がプランクスケール未満に新しい物理のスケールを必要とするか、LHCデータと整合するようにモデルを修正する必要があることを示唆する。