[論文レビュー] Electroweak constraints on see-saw messengers and their implications for LHC

F. del Águila, J. A. Aguilar–Saavedra+2 more|ArXiv.org|Jun 5, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 14

ひとこと要約

本稿は、電弱精度測定データが、スカラーチューブル（タイプII）およびフェルミオン・チューブル（タイプIII）のシー・サウ・メッセンジャーに課す制約を分析し、LHCにおける発見可能性を評価する。LHCは、同じ符号の二重レプトン信号を通じて、それぞれスカラーチューブル質量を最大600–1000 GeV、フェルミオン・チューブル質量を800 GeVまで探査可能であり、レプトン崩壊チャンネルにおけるニュートリノ質量階層やフレーバー構造の感度も示す。

ABSTRACT

We review the present electroweak precision data constraints on the mediators of the three types of see-saw mechanisms. Except in the see-saw mechanism of type I, with the heavy neutrino singlets being mainly produced through their mixing with the Standard Model leptons, LHC will be able to discover or put limits on new scalar (see-saw of type II) and lepton (see-saw of type III) triplets near the TeV. If discovered, it may be possible in the simplest models to measure the light neutrino mass and mixing properties that neutrino oscillation experiments are insensitive to.

研究の動機と目的

• すべての3つのタイプ（I, II, III）におけるシー・サウ・メドレーターの電弱精度測定データによる制約を評価すること。
• LHCがタイプII（スカラーチューブル）およびタイプIII（フェルミオン・チューブル）のシー・サウ機構に起因する新しい物理をどの程度感度を持って探査できるかを評価すること。
• 同一符号二重レプトン最終状態に基づいて、シー・サウ・メッセンジャーの発見または除外の到達範囲を特定すること。
• ニュートリノ振動実験では入手できない、軽いニュートリノ質量および混合パラメータの測定可能性を検討すること。
• 異なるニュートリノ質量階層およびチューブル状態の崩壊モードに対する発見可能性の比較。

提案手法

• 電弱精度測定データ（EWPD）を用いて、特に $v_\Delta = v^2 |\mu_\Delta| / \sqrt{2} M_\Delta^2 < 2$ GeV であるパラメータを制約する。
• 電弱過程による非抑制の頂点を通じて、シー・サウ・メッセンジャー $\Delta^{\pm\pm}$ および $\Sigma^{\pm}$ の生成および崩壊機構を分析する。
• 信号と標準模型背景（SM）との区別を図るため、$M_\Delta = 600$ GeVにおける同一符号二重レプトンのインvariant質量分布を高速シミュレーションで生成する。
• 30, 300, および10 fb$^{-1}$ の積分的照射量を用いて、LHCの発見到達範囲を推定する。
• $\Delta^{\pm\pm}$ のレプトン的および非レプトン的崩壊モードを検討し、臨界閾値 $v_\Delta^c \sim 10^{-4}$ GeV を設定する。
• $\Sigma$ の崩壊におけるずれた頂点シグネチャを検討し、小さな混合角でも感度を高める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプIIおよびタイプIIIにおけるシー・サウ・メッセンジャーのパラメータに課される電弱精度測定の制約は何か？
• RQ2 LHCは、同一符号二重レプトン信号を通じてスカラーチューブルおよびフェルミオン・チューブルのシー・サウ・メッセンジャーを発見または除外できるか？
• RQ3 ニュートリノ質量階層は、$\Delta^{\pm\pm}$ シグナルに対するLHCの感度にどのように影響するか？
• RQ4 LHCは、シー・サウ機構のフレーバー構造およびグローバルスケールをどの程度まで探査できるか？
• RQ5 $\Delta^{\pm\pm}$ の崩壊分支比（レプトン的 vs. ダイボソン）が発見到達範囲に与える影響は何か？

主な発見

• LHCは、積分的照射量がそれぞれ300 fb$^{-1}$ および10 fb$^{-1}$ の場合に、スカラーチューブル質量を最大1000 GeV、フェルミオン・チューブル質量を最大800 GeVまで探査可能である。
• $M_\Delta = 600$ GeVの場合、信号イベント数は、通常階層で4件、逆階層で44件に達し、$t\bar{t}nj$ や $Zb\bar{b}nj$ などの標準模型背景と明確に分離可能である。
• $v_\Delta < v_\Delta^c \sim 10^{-4}$ GeV の場合、$\Delta^{\pm\pm}$ は主に同一符号レプトンに崩壊し、高感度探索が可能になる。
• レプトン的崩壊モードでは、ニュートリノ振動実験では得られない、シー・サウのフレーバー構造およびグローバルスケールに関する情報をLHCが入手可能である。
• $v_\Delta > v_\Delta^c$ の場合、非レプトン的崩壊が優勢となり、背景が増加するため、発見到達範囲は約600 GeVにまで低下する。
• タイプIのシー・サウ機構は、非常に小さな混合 $|V| \sim 10^{-6}$ のため、LHCではほとんど探査不可能である。