[論文レビュー] Collider phenomenology of the E6SSM

Peter Athron, Jonathan P. Hall+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、μ問題をシングレット場の真空期待値によって解決する、SU(3)C×SU(2)L×U(1)Y×U(1)Nゲージ群に基づく標準模型の超対称的拡張であるE6SSMの衝突機プロセスを調査する。主な特徴は、Exotic quarks（二重クォーク/レプトクォーク）と不活性ヒッグスノ中性ノイザーが鍵となるシグナチャーである。軽い中性ノイザーが質量M_Z/2に近い場合、正しいリリック密度を達成するためのZボソン共鳴状態を介した消失的散乱を経て、生存可能な暗黒物質を提供する。また、標準模型に類似したヒッグス粒子が支配的に消失的に崩壊するため、LHCで特徴的な信号を提供する。

ABSTRACT

We consider collider signatures of the exceptional supersymmetric (SUSY) standard model (E6SSM). This E6 inspired SUSY model is based on the SM gauge group together with an extra U(1) gauge symmetry under which right--handed neutrinos have zero charge. To ensure anomaly cancellation and gauge coupling unification the low energy matter content of the E6SSM involve extra exotic matter beyond the MSSM. We discuss the collider signatures associated with the production of new particles predicted by the E6SSM and consider the implications of this model for dark matter and Higgs phenomenology. Since exotic quarks in the E6SSM can be either diquarks or leptoquarks they may provide spectacular new physics signals at the LHC.

研究の動機と目的

• μ問題をシングレット場の真空期待値によって解決するE6にインspiredされた超対称的モデル、E6SSMの衝突機プロセスを調査すること。
• LHCで劇的ないistent物理シグナチャーを生じる可能性のあるExotic quarks（二重クォーク/レプトクォーク）からの独自のシグナチャーを同定すること。
• 軽い不活性中性ノイザーが、Zボソン共鳴状態を介して正しいリリック密度を達成できる条件のもと、暗黒物質候補としての妥当性を分析すること。
• 特に、標準模型に類似したヒッグス粒子が不活性中性ノイザーへの支配的消失的崩壊を示す場合のヒッグスプロセスへの影響を調査すること。
• E6の完全な27および27′表現の導入により、ゲージ結合定数の統一とアノマリーキャンセレーションを保証すること。

提案手法

• モデルは、右側ニュートリノがシングレットであるように選ばれたU(1)Nを含むE6SSMゲージ群SU(3)C×SU(2)L×U(1)Y×U(1)Nに基づく。これにより、アノマリーキャンセレーションとμ問題の解決が保証される。
• 粒子内容には、E6の3つの27i多重項が含まれ、これらはSU(5)×U(1)N表現に分解され、B-L荷が±2/3のExotic quarks（D̃i, D̃i̅）とヒッグスダブルレット成分を導入する。
• 最も軽い中性ノイザー（χ̃0₁）は主に不活性シングレチノであり、Zおよびヒッグスボソンへの結合が抑制されるが、M_Z/2に近い質量のとき、共鳴状態による散乱が可能になり、正しい暗黒物質リリック密度が達成される。
• 標準模型に類似したヒッグス粒子h₁は、ヒッグスノ成分を通じてχ̃0₁χ̃0₁に支配的に崩壊し、SM粒子への崩壊分岐比は2–4%にまで低下する。
• ゲージ結合定数の統一を維持するため、27′および Ḃ27′からSU(2)WダブルレットL4およびL̄4を導入し、それらの成分が不活性ヒッグスノ状態を形成する。
• リリック密度、LHC探索、ヒッグス信号強度からの物理的制約が得られ、主なシグナチャーはExotic quark崩壊に伴うエネルギー欠損、レプトン、およびジェットを含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 E6SSMは、二重クォークまたはレプトクォークとしてのExotic quarksを介して、LHCで観測可能なシグナチャーを生じうるか？
• RQ2 E6SSMにおける最も軽い不活性中性ノイザーが、観測された暗黒物質リリック密度を説明できる条件は何か？
• RQ3 標準模型に類似したヒッグス粒子が不活性中性ノイザー状態に与える結合が、その分岐比およびLHCでの検出可能性に与える影響は何か？
• RQ4 E6SSMは、ゲージ結合定数の統一を達成しながら、アノマリーキャンセレーションとμ問題の解決を維持できるか？
• RQ5 特に、軽い右側ニュートリノを用いた熱的レプトゲネシスが成功する場合、このモデルが示す意味は何か？

主な発見

• 最も軽い不活性中性ノイザー（χ̃0₁）は、質量がM_Z/2 ≈ 46 GeVに近い場合にのみ、Zボソン共鳴状態を介した共鳴的散乱により、観測された暗黒物質リリック密度を説明できる。
• 標準模型に類似したヒッグス粒子h₁は、支配的に消失的最終状態（χ̃0₁χ̃0₁）に崩壊し、不活性ヒッグスノ成分への強い結合のため、SM粒子への崩壊分岐比は2–4%にまで低下する。
• E6SSMにおけるExotic quarks、例えばD̃iおよびD̃i̅は、LHCでペア生成され、ジェット、レプトン、およびエネルギー欠損を伴う最終状態に崩壊するため、劇的ないistent物理シグナチャーを提供する。
• 軽い不活性チャージンォと中性ノイザー（質量 < 200 GeV）の存在は、最も軽い中性ノイザーの生成および崩壊率を高め、レプトンとエネルギー欠損を伴う最終状態を介して検出可能にする。
• χ̃0₂とχ̃0₁の質量差が10 GeVを超える場合、χ̃0₂の一部の崩壊生成物（例えば、ソフトなμ⁺μ⁻ペア）が観測可能となり、モデルのシグナチャーとしての可能性を示す。
• モデルは、α₃(M_Z)の任意の物理的に妥当な値において、ゲージ結合定数の統一を達成でき、完全な27および27′表現の導入により、アノマリーキャンセレーションが保たれる。