[論文レビュー] Composite Vectors and Scalars in Theories of Electroweak Symmetry Breaking

A. E. Cárcamo Hernández|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

本学位論文は、強い電弱対称性の自発的破れにおける複合ベクトル状態およびスカラ状態を、SU(2)_L × SU(2)_R/SU(2)_{L+R}有効クリスタルラグランジアンを用いて調査する。LHCにおけるベクトルボソン融合およびDrell-Yan過程によるベクトル対およびベクトル-スカラ対の生成断面積を計算し、100 fb⁻¹の積分光度において、同符号二電子および三電子イベントの発生率が10–100程度であることを明らかにした。特に、M_V ≈ 500 GeV–1 TeV および m_h = 180 GeV のとき、Drell-Yan過程がベクトル-スカラ関連生成において支配的である。

ABSTRACT

In the context of a strongly coupled Electroweak Symmetry Breaking, composite triplet of heavy vectors belonging to the $SU(2)_{L+R}$ adjoint representation and a composite scalar singlet under $SU(2)_{L+R}$ may arise from a new strong interaction invariant under the global $SU(2)_L imes SU(2)_R$ symmetry, which is spontaneously broken down to $SU(2)_{L+R}$. This thesis consists of two parts. The first part is devoted to the study of the heavy composite vector pair production at the LHC via Vector Boson Fusion and Drell-Yan annihilation under the assumption that the interactions among these heavy vector states and with the Standard Model gauge bosons are described by a $SU(2)_L imes SU(2)_R/SU(2)_{L+R}$ Effective Chiral Lagrangian. The expected rates of multi-lepton events from the decay of the composite vectors are also given. The second part studies the associated production at the LHC of a composite vector with a composite scalar by Vector Boson Fusion and Drell-Yan annihilation in the framework of a $SU(2)_{L} imes SU(2)_{R}/SU(2)_{L+R}$ Effective Chiral Lagrangian with massive spin one fields and one singlet light scalar. The expected rates of same sign di-lepton and tri-lepton events from the decay of the composite vector and composite scalar final state are computed. The connection of the Effective Chiral Lagrangians with suitable gauge models is elucidated.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えた強い電弱対称性の自発的破れにおける複合重いベクトルおよびスカラの素粒子物理学的性質を調査すること。
• ベクトルボソン融合およびDrell-Yan生成メカニズムを用いたLHCにおける複合ベクトル対およびベクトル-スカラ対の検出可能性を評価すること。
• 縦方向Wボソン散乱振幅のユニタリティおよび漸近的挙動を用いて、有効クリスタルラグランジアンのパrameter空間を制約すること。
• 有効ラグランジアンフレームワークと、自発的対称性の破れを伴う基礎的ゲージ模型との間の関係を確立すること。
• 多電子最終状態の実際のイベント発生率を計算し、LHCにおける発見可能性を評価すること。

提案手法

• カスティドル対称性を保つ複合スピン1ベクトルおよびスカラシングレットの相互作用を記述する、SU(2)_L × SU(2)_R/SU(2)_{L+R}有効クリスタルラグランジアンを構築する。
• W_L W_L → W_L W_L 散乱振幅の高エネルギー挙動が良好であるように制約を課し、ユニタリティを保証するためのラグランジアンパラメータの制限を導出する。
• 5つの結合定数（a, b, d, g_V, g_K）および2つの質量（m_h, M_V）を用いて、W_L W_L → V_λ V_λ′ および W_L W_L → V_L h, h h のヘリシティ振幅を計算する。
• 有効理論フレームワーク内で、ベクトル対およびベクトル-スカラ対生成の全断面積を導出する。
• 非線形スカラー模型を介してSU(2)_{L+R}に自発的対称性が破れる、UV完全なSU(2)_L × SU(2)^N × SU(2)_Rゲージ理論との関係を確立する。
• 標準模型に類似した崩壊を仮定して、崩壊チェーンをシミュレートし、同符号二電子および三電子イベントの発生率を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い電弱対称性の自発的破れの下で、LHCにおけるベクトルボソン融合およびDrell-Yan過程による複合ベクトル対の生成断面積はどの程度か？
• RQ2 同符号二電子および三電子最終状態のイベント発生率は、複合ベクトルおよびスカラ状態の質量および結合定数にどのように依存するか？
• RQ3 縦方向Wボソン散乱におけるユニタリティを要求することで、有効ラグランジアンパラメータにどのような制約が生じるか？
• RQ4 Drell-Yan過程とベクトルボソン融合は、複合ベクトル-スカラ対生成においてどのように比較されるか？
• RQ5 有効クリスタルラグランジアンと、自発的対称性の破れを伴うUV完全なゲージ模型との間にはどのような関係があるか？

主な発見

• LHCにおけるベクトルボソン融合およびDrell-Yan過程による複合ベクトル対生成断面積は、数フェムトバーンのオーダーである。
• 複合ベクトル質量が500 GeVから1 TeVの間で、スカラ質量が180 GeVのとき、Drell-Yan過程がベクトルとスカラの関連生成において支配的である。
• Vh最終状態の関連生成断面積は、妥当なパラメータ選択のもとで約10 fbであり、スカラ-ベクトル結合定数dに比例して2乗的に増加する。
• 100 fb⁻¹の積分光度におけるLHCにおける同符号二電子および三電子イベントの期待発生数は、モデルパラメータに依存して10から100の範囲にある。
• 高エネルギー領域における縦方向Wボソン散乱振幅のユニタリティを要求することで、結合定数の許容値が制限される。
• 有効クリスタルラグランジアンフレームワークが、非線形スカラー模型を介してSU(2)_{L+R}に自発的対称性が破れるUV完全なゲージ理論と整合的であることが示された。