[論文レビュー] Domain-Wall Standard Model and LHC

Nobuchika Okada, Digesh Raut+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 26, 2017

Superconducting Materials and Applications被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、5次元のコンpact化を必要とせず、標準模型（SM）の場が5次元のドメインウォールに局在化する非コンパクトな5次元ドメインウォールモデルを提案する。このモデルでは、SMの物理をコンパクト化なしに4次元有効理論として実現する。ゲージボソンのカルラッツ＝キーリング（KK）モードを検討し、フェルミオンへのカップリングがバルク内での局在化に依存することを示し、LHCラン2のデータがこれらの共鳴状態を制約しており、今後のLHCランでKKモードが発見された場合、このモデルはテスト可能であることを示す。

ABSTRACT

We propose a framework to construct Domain-Wall Standard in a non compact 5-dimensional space-time, where all the Standard Model (SM) fields are localized in certain domains of the 5th dimension and the SM is realized as a 4-dimensional effective theory without any compactification for the 5th dimension. In this context, we investigate the collider phenomenology of the Kaluza-Klein (KK) modes of the SM gauge bosons and the current constraints from the search for a new gauge boson resonance at the LHC Run-2. The couplings of the SM fermions with the KK-mode gauge bosons depend on the configuration of the SM fermions in the 5-dimensional bulk. This geometry of the model can be tested at the future Large Hadron Collider experiment, once a KK-mode of the SM gauge boson is discovered.

研究の動機と目的

• 5次元のコンパクト化を必要としない、標準模型（SM）を実現する5次元ドメインウォールフレームワークの構築。
• この非コンパクト5次元設定における、SMゲージボソンのカルラッツ＝キーリング（KK）モードのコライダー素粒子物理学的性質の調査。
• このモデル内での新ゲージボソン共鳴状態の存在にかかる、LHCラン2の現在の制約の評価。
• フェルミオンの5次元バルク内での局在化が、KKモードへのカップリングに与える影響を調査し、今後のLHC実験でのテスト可能性を高める。

提案手法

• 5次元の非コンパクト時空を構築し、特定の5次元方向の領域に標準模型（SM）の場を局在化させるドメインウォールを導入する。
• ドメインウォール上の場の局在化を通じて、コンパクト化を必要とせず、標準模型（SM）を4次元有効理論として実現する。
• このドメインウォール幾何学におけるSMゲージボソンのカルラッツ＝キーリング（KK）モードスペクトルを導出する。
• フェルミオンがKKモードゲージボソンとカップリングする際の係数を計算し、フェルミオンの5次元バルクプロファイルに依存することを示す。
• 予測されたKK共鳴状態の信号を、LHCラン2における新ゲージボソン探索実験結果と比較する。
• 現在の制約とフェルミオンの局在化依存性に基づき、今後のLHCランにおけるモデルのテスト可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5次元のコンパクト化を必要とせず、ドメインウォールを用いて場を局在化させることで、標準模型（SM）を非コンパクトな5次元時空にどのように実現できるか？
• RQ2 このドメインウォールフレームワークにおける、SMゲージボソンのカルラッツ＝キーリング（KK）モードの性質と素粒子物理学的性質は何か？
• RQ3 SMフェルミオンがKKモードゲージボソンとカップリングする際の依存関係は、その5次元バルク内での局在化にどのように依存するか？
• RQ4 LHCラン2のデータは、このモデルにおける新ゲージボソン共鳴状態の存在にどのような制約を課すか？
• RQ5 KKモードゲージボソンが発見された場合、このモデルは今後のLHC実験でテスト可能か？

主な発見

• 本モデルは、ドメインウォール上の場の局在化を通じて、コンパクト化を必要とせず、非コンパクトな5次元時空内に4次元有効理論として標準模型（SM）を実現する。
• SMゲージボソンのカルラッツ＝キーリング（KK）モードは、フェルミオンの5次元バルクプロファイルに依存するカップリングを持つ共鳴状態として現れる。
• LHCラン2のデータは、特定のフェルミオン局在化設定において、このモデル内の新ゲージボソン共鳴状態のパrameter空間をすでに制約している。
• 本モデルの予測は、フェルミオンの5次元バルク内での局在化に敏感であり、今後のLHC探索における特徴的なシグネチャを提供する。
• KKモードのSMゲージボソンが発見された場合、本モデルの特徴的なカップリング構造が、今後のLHC実験での明確なテストシグネチャを提供する。