[論文レビュー] A Half-Composite Standard Model at a TeV and Sin^2 theta_W

Savas Dimopoulos, David E. Kaplan|ArXiv.org|Mar 1, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、1 TeV近辺の強い結合した SU(2)R ゲージ系により右側フェルミオンが複合的になる半複合的標準模型を提案する。一方、左側フェルミオンは基本的のままとする。補完性および't Hooftの異常マッチングを用いることで、モデルは sin²θW ≈ 0.25 を予測し、測定値 0.231 と整合的である。また、B および L をそれぞれ3単位破れする12フェルミオンインスタントン過程による、劇的かつ顕著な LHC 確証信号を有する。

ABSTRACT

We apply a recently proposed mechanism -- in which an SU(3) symmetry predicts the weak mixing angle -- to construct realistic theories with composite quarks and leptons at a TeV. Although the models are strongly coupled, they are reliably analyzed using complementarity and 't Hooft's anomaly matching. In the simplest models the right-handed fermions are composite, while the left-handed are elementary. Strong SU(2)_R forces give rise to 12-particle instanton-mediated processes. They violate baryon and lepton numbers by three units and result in spectacular multilepton and multijet events at the LHC. Models in which the leptons are in an SU(3)-triplet can be directly tested in muonium-antimuonium conversion experiments.

研究の動機と目的

• 右側クォークおよびレプトンが TeV スケールで複合的であるが、左側は基本的であるような現実的で整合性のある複合フェルミオンモデルを構築すること。
• SU(3)-未統一機構を用いて、TeV スケールで sin²θW ≈ 0.25 を予測し、理論的不確かさの範囲内で測定値 0.231 と一致させること。
• ヒッグスおよび閉じ込められた相の間の補完性を保ち、't Hooftの異常マッチングを用いてモデルの整合性を確認すること。
• 実験的シグネチャの特定、特に LHC での12フェルミオンインスタントン事象およびトリプレットレプトンモデルにおけるムオニウム-反ムオニウム変換への感受性。

提案手法

• 電弱系を統一する SU(3)W ゲージ対称性を導入。スカラー Σ は SU(3)W の基本表現に属し、SU(2)L×U(1)Y において二重項として変換する。
• 約 1 TeV のスケールで強い結合した SU(2)R セクターを導入し、右側フェルミオンを複合的に形成するが、弱い結合のヒッグス相と補完性を保つ。
• 't Hooftの異常マッチングを用い、ヒッグス相および閉じ込められた相の両方でグローバル対称性が一貫して実現されることを保証し、低エネルギースペクトルを検証する。
• SU(3)-未統一のメカニズムを適用し、木レベルで sin²θW = 0.25 を予測し、ゲージカップリングの補正により実験値と一致させる。
• SU(2)R インスタントンが ΔB = ΔL = 3 の過程を媒介する次元18のオペレーターであることを特定し、高エネルギー衝突で12フェルミオン最終状態を引き起こす。
• ヒッグス相の記述を用い、ヒッグス相のより単純な摂動的解析を補完性を活用して、質量ゼロの複合フェルミオンスペクトルを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールの SU(2)R 結合を有する半複合的モデルは、SU(3)-未統一を用いて sin²θW ≈ 0.231 を正しく予測できるか？
• RQ2 非摂動的効果がある中で SU(2)R セクターの強い力学を信頼性高く解析するにはどうすればよく、どのようなツールが整合性を保証するか？
• RQ3 SU(2)R インスタントンの主な実験的シグネチャは何か？ また、標準模型の過程とはどのように異なるか？
• RQ4 レプトンが SU(3) トリプレットとして変換する理論では、ムオニウム-反ムオニウム変換によってモデルを検証可能か？
• RQ5 't Hooftの異常マッチング条件が、スペクトルおよび複合フェルミオン実現の妥当性をどの程度制約するか？

主な発見

• モデルは SU(3) 未統一により木レベルで sin²θW ≈ 0.25 を予測し、ゲージカップリングの補正により測定値 0.231 と数パーセントの範囲内で一致する。
• 強い結合のため SU(2)R インスタントン振幅は大きく、B および L をそれぞれ3単位破る12フェルミオン過程を媒介し、LHC でのマルチジェットおよびマルチレプトン最終状態を引き起こす。
• 4フェルミオンオペレーターからの複合性の強力な実験的制限は、Mc ≥ 1 TeV（クォークオペレーターから）を示し、TeV スケールの閉じ込められスケールと整合的である。
• レプトンが SU(3) トリプレットであるモデルでは、二重電荷を持つゲージボソンの存在がムオニウム-反ムオニウム変換を引き起こし、現在の制限がパラメータ空間の広い範囲をカバーしている。
• SU(2)R インスタントンの生成率はスケール M の28乗に比例して抑制されるため、宇宙論的および実験的制限（例：Super-Kamiokande における酸素崩壊）から安全である。
• モデルは 't Hooftの異常マッチングを満たしており、ヒッグス相および閉じ込められた相の両方でグローバル対称性が一貫して実現されていることが確認され、複合フェルミオンスペクトルの妥当性が裏付けられる。