[論文レビュー] Classically conformal B-L extended Standard Model and phenomenology

Yuta Orikasa|arXiv (Cornell University)|Apr 17, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、プランクスケールにおけるヒッグスポテンシャルが平坦であるクラス的に共形なB-L拡張標準模型を提案する。このモデルにより、コロン・ワインバーグ機構による電弱スケールでのB-L対称性の放射的破れが生じる。モデルはTeVスケールのZ′ボソン、右巻きメソン neutrino、およびシングレットヒッグスを予測しており、これらはすべてLHCおよびILCで観測可能である。Z′ボソンは、二重レプトン共鳴状態を通じて発見可能であり、高質量であるにもかかわらずILCで正確に測定可能である。

ABSTRACT

Bardeen has argued that once the classically conformal invariance and its minimal violation by quantum anomalies are imposed on the SM, it can be free from the quadratic divergences and hence the gauge hierarchy problem. Under the hypothesis, We investigated the minimal B-L extended SM with a flat Higgs potential at the Planck scale. In this model, the B-L symmetry is radiatively broken at TeV scale. We studied phenomenology and detectability of the model at LHC and the ILC.

研究の動機と目的

• 標準模型に古典的共形不変性を課すことにより、ゲージ階層問題を解消し、最小限の量子異常違反を実現する。
• プランクスケールにおける平坦なヒッグスポテンシャルを持つ最小限のB-L拡張標準模型を構築し、二次発散を回避する。
• モデルの素粒子物理学的性質を検討し、特にLHCおよびILCにおけるZ′ボソンや右巻きニュートリノといった新粒子の検出可能性を調査する。
• B-L対称性の破れスケールとヒッグス粒子質量が、コロン・ワインバーグ機構によって自然に生成されることを示す。

提案手法

• プランクスケールでヒッグス四次結合係数λHおよび混合結合係数λ′をゼロに設定することで、標準模型に古典的共形不変性を課す。
• コロン・ワインバーグ機構を用い、mEWにおける小さな負のλ′(mEW) ≈ −O(10⁻³)を生成し、U(1)B-L対称性の放射的破れを誘導する。
• M = √(m_h² / |λ′|)としてZ′ボソン質量を導出し、小さなλ′のおかげでTeVスケールの破れスケールが得られることを示す。
• パートン分布関数（CTEQ5M）を用いてLHCにおける二重レプトン生成断面積を計算し、標準模型のバックグラウンドと比較して信号の有意性を評価する。
• ILCにおけるZ′結合への感受性を評価するため、角度的受容領域にわたって統合したe⁺e⁻ → μ⁺μ⁻断面積のSMからのずれを計算する。
• 平坦ポテンシャル仮定を用いてB-Lゲージ結合定数αB-LとZ′質量を結びつけ、コライダー探索における単一パラメータ予測を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的共形不変性と最小限の量子異常違反を満たすB-L拡張標準模型は、微調整を必要とせず、電弱スケールおよびB-Lスケールを自然に生成できるか？
• RQ2 TeVスケールの質量とαB-L ≈ 0.01を有するZ′ボソンは、LHCにおける二重レプトン共鳴状態を通じて検出可能か？
• RQ3 √sがZ′共鳴状態より低い場合でも、ILCはZ′の結合定数や質量といった性質を正確に測定可能か？
• RQ4 本モデルにおけるZ′ボソンのLHCおよびILCの探索感受性はどのように比較できるか？
• RQ5 シングレットスカラーΦおよび右巻きニュートリノは、メソン質量の生成と真空の安定化に果たす役割は何か？

主な発見

• Z′ボソン質量は数TeV程度に予測され、M ≈ √(m_h² / |λ′|)およびλ′ ≈ −10⁻³であることから、TeVスケールの破れスケールと整合的である。
• 100 fb⁻¹の統計量を持つLHCでは、mZ′ = 2.5 TeVおよびαB-L = 0.008のZ′ボソンが二重レプトンチャンネルで約560件の信号イベントを生成し、標準模型のバックグラウンドをはるかに上回る。
• αB-L ≈ 0.01の場合、100 fb⁻¹の統計量で5-σ感受性を満たす限り、LHCはmZ′ ≲ 5 TeVのZ′ボソンを発見可能である。
• √s = 1 TeVのILCでは、mZ′が10 TeVまでに及ぶ場合でも、e⁺e⁻ → μ⁺μ⁻断面積のSMからのずれが数パーセント程度にとどまり、√s < mZ′であっても発見可能である。
• ILCの感受性はLHCを上回っており、1%のずれの到達範囲がLHCの5-σ限界をはるかに超える。
• 平坦ポテンシャルと放射的対称性の破れを仮定することで、Z′ボソン、右巻きニュートリノ、およびシングレットヒッグスというすべての新粒子が、将来のコライダーで観測可能であるという妥当な素粒子物理学的予測が得られる。