[論文レビュー] Enhancement of the $ extbf{W}$ boson mass in the Georgi-Machacek model

Poulami Mondal|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、標準模型（SM）予測とは乖離するCDF-IIが報告したWボソン質量における30 MeVの増幅を、Georgi-Machacek（GM）モデルが説明可能かどうかを検討する。カスティナル三重項と5重項スカラーの質量の degeneracy を破ることで、非斜交Sパラメータが生成され、Wボソン質量が最大32 MeVまで上昇する。これは、ミュオンの横方向質量外れ値を除いた場合、CDF測定の1σ以内に収まる。

ABSTRACT

The recent CDF-II measurement of the mass of the $W$ boson shows a significant tension with the Standard Model (SM) expectation, even when averaged with earlier measurements. The tension can be explained in the framework of any beyond-SM dynamics that contributes substantially to the oblique $S$ and $T$ parameters. As a typical example of such beyond-SM physics, we try to explain the tension in the framework of the Georgi-Machacek model that keeps $ρ=1$ at the tree-level, and explore the parameter space that can accommodate the $W$ mass shift. We find that a sizeable split between the custodial triplet and 5-plet of scalars can help alleviate the tension to a large extent, and raise the $W$-mass by about 30 MeV over its SM value.

研究の動機と目的

• CDF-IIによるWボソン質量測定と標準模型予測との間の持続的で6σの不一致を解消すること。
• カスティナル対称性を樹形階層で保存する知られているGeorgi-Machacekモデルが、CDF-IIデータと整合する十分なWボソン質量シフトを生成できるかを検討すること。
• カスティナル三重項と5重項スカラーの質量デゲネラシーの破れが非斜交Sパラメータを生成し、M_Wを増幅させる役割を調査すること。
• 現在の直接的および間接的実験的制約（特にフラバー観測量およびH^{++}崩壊限界）の下で、GMモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• カスティナル対称性を樹形階層で保存する、実数のSU(2)_L 三重項（ξ）と複素数のSU(2)_L 三重項（χ）を有するGeorgi-Machacekモデルを採用する。
• Wボソン質量シフトは非斜交Sパラメータを用いて計算され、S-T-Uパラメータ化に基づきΔM_Wが導出される。重い新物理のためU ≈ 0と仮定する。
• ヒッグス粒子質量（125 GeV）、混合角（sinϑ = 0.31）、カスティナルシングレットヒッグス質量（150 GeV）の制約を適用する。
• 真空期待値v_χとカスティナル三重項および5重項スカラーの質量差（m_3 - m_5）を変化させることで、パラメータ空間を走査する。
• フラバー観測量（例：b→sγ、B_s→μ⁺μ⁻）およびH^{++}→W⁺W⁺崩壊の非観測による制約を適用し、v_χを制限する。
• m_5 = 500, 600, 800 GeVのベンチマーク値に対して、SパラメータとΔM_Wを数値的に計算し、パラメータ空間に可視化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カスティナル対称性を損なわずに、Georgi-MachacekモデルがCDF-IIの異常を説明するのに十分なWボソン質量増幅を生成できるか？
• RQ2 カスティナル三重項と5重項スカラーの質量差が非斜交Sパラメータおよびそれに伴うWボソン質量シフトに与える影響はいかほどか？
• RQ3 この文脈におけるGMモデルの妥当なパラメータ空間に、フラバー物理学およびH^{++}崩壊からの制約はどのように作用するか？
• RQ4 GMモデルは、CDF-IIによるWボソン質量測定と標準模型予測との間の不一致をどの程度軽減できるか？

主な発見

• カスティナル三重項と5重項スカラーがデゲネラシーしている簡略化されたGMモデル（m_3 = m_5）では、Wボソン質量の最大増幅は約20 MeVにとどまり、CDF-IIの異常を説明するには不十分である。
• カスティナル三重項と5重項スカラーの質量デゲネラシーを破ることで、より大きなSパラメータが得られ、それに伴いΔM_Wも増加する。
• m_5 = 500 GeVで、m_3 - m_5を制約下で最大にした場合、Wボソン質量の最大増幅は32 MeVに達する。
• この32 MeVの増幅により、ミュオンの横方向質量外れ値を除いた場合、予測されたM_WはCDF-II測定の1σ以内に収まる。
• v_χをm_5 = 800 GeVのとき30 GeV未満に保つ限り、フラバー観測量およびH^{++}→W⁺W⁺崩壊の非観測による制約の下でも、モデルは妥当性を保つ。
• Sパラメータは質量差に伴い増加し、m_5の値に関わらず一貫した挙動を示すため、m_3 - m_5に強く依存することが明確である。