[論文レビュー] Gravity particles from Warped Extra Dimensions, predictions for LHC

A. Carvalho Antunes De Oliveira|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 80被引用数 39

ひとこと要約

本稿では、LHCエネルギー（8、13、14、および100 TeV）の範囲で、生成および崩壊断面積を計算する最新のツールを用いて、ねじれ次元（WED）モデルにおけるスピン2のKK重力子とスピン0のラディオンについて、更新された物性的予測を提示する。RS1とバブルのシナリオを比較し、コライダー探索のためのベンチマーク断面積と分岐比を提供しており、主な結果として、曲率スケール $ ilde{k}$ および標準模型（SM）粒子へのモデル固有の結合に強く依存していることが示されている。

ABSTRACT

Warped Extra Dimension scenarios are a rich playground for phenomenology of heavy resonances at LHC. The Radion and the KK-graviton are inevitable signatures of this class of models. On face of the latest LHC experimental results on the direct searches for Beyond Standard Model physics we update the phenomenological predictions for production and decay of such resonances in its main production modes. We also highlight the phenomenology results relevant to collider searches in individual channels, and provide tools for interpretation of current and future experimental analyses using two specific benchmarks as example.

研究の動機と目的

• 複数のLHCエネルギー走行における歪んだ余次元モデルにおけるKK重力子およびラディオンの物性的予測を更新・比較すること。
• 二重ジェット、二重ボソン、二重レプトン、ヒッグス関連最終状態における共鳴探索の実験的解釈のための標準化されたベンチマークを提供すること。
• 特に $ ilde{k}$ および $\ ilde{\Lambda}_R$ のようなモデルパラメータが生成断面積および崩壊分岐比に与える影響を定量化すること。
• 信号トポロジーとモデル仮定を標準化することで、異なる実験的解析同士の公平な比較を可能にすること。

提案手法

• 標準模型（SM）粒子がTeVブレーンに局在する（RS1）か、あるいはバルクに存在する（バルクシナリオ）かに応じた、歪んだ第五次元を有するランダール＝スンダムモデルを用いる。
• 5次元重力と物質の結合から導かれる解析的公式を用いて、KK重力子およびラディオンのSM最終状態への崩壊断面積を計算し、$\Gamma(G^* \to HH)$、$\Gamma(G^* \to gg, \gamma\gamma)$、$\Gamma(G^* \to WW, ZZ)$、および $\Gamma(G^* \to t\bar{t}, f\bar{f})$ を含む。
• QCDおよび電弱補正を完全に含むモンテカルロシミュレーションを用いて、グルーオン融合、クォーク融合、光子融合、電弱関連生成による生成断面積を計算する。
• $\tilde{k}$ および $\Lambda_R$ に関する断面積および分岐比のスケーリング則を導出し、モデルパラメータの間隔を埋めるための補間を可能にする。
• 解析的計算、代替のモンテカルロツール、コミュニティで公開された結果との照合による結果の妥当性を検証する。
• 2つのベンチマークモデル（RS1用とバルクシナリオ用）を用いた実験的解釈のためのツールキットを提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 歪んだ余次元におけるKK重力子およびラディオンの生成断面積および崩壊分岐比は、LHCの中心系エネルギー（8、13、14、100 TeV）に応じてどのように変化するか？
• RQ2 SM粒子がTeVブレーンに局在するRS1モデルと、SM粒子がバルクを伝播するバルクモデルとの間で、これらの共鳴粒子の物性的性質にどのような相違が生じるか？
• RQ3 KK重力子およびラディオンのSM粒子（特にヒッグス、光子、グルーオン、トップクォーク）への結合が、さまざまな最終状態における検出可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 断面積はモデルパラメータ $ ilde{k}$ および $ ilde{\Lambda}_R$ にどの程度依存しており、これらのスケーリング則を用いてパラメータ空間全体にわたる外挿が可能か？
• RQ5 これらの共鳴粒子に対する最も感受性の高い探索チャンネルは何か？ また、2つのベンチマークモデル間で信号トポロジーにはどのような相違があるか？

主な発見

• 固定された $m_{G^*}$ に対して、KK重力子の生成断面積は $\sigma \propto \tilde{k}^2$ に比例し、グルーオン融合および光子融合モードで最も顕著な依存性を示す。
• ラディオンに関しては、断面積が $\sigma \propto (3\,\text{TeV}/\Lambda_R)^2$ に比例し、$\Lambda_R$ の値の間隔を埋めるための補間が可能になる。
• $G^*$ の $WW$、$ZZ$、$gg$、$\gamma\gamma$ への分岐比は $\tilde{k}$ に依存しないが、全崩壊幅は $\tilde{k}^2$ に比例して増加する。
• $HH$ への分岐比は高エネルギー領域で抑制され、$\Gamma(G^* \to HH) \propto (1 - 4m_H^2/m_{G^*}^2)^{5/2}$ に比例し、$m_{G^*} \gg 250\,\text{GeV}$ のときには無視できるほど小さくなる。
• バルクシナリオでは、$gg$ および $\gamma\gamma$ 生成断面積は $d_g$ カップリングに依存し、$\tilde{k}$ が増加するにつれてやや抑制されるため、式 (B.3) のスケーリング則を修正する必要がある。
• バルクモデルにおける光子融合断面積は、RS1ケースと関係式 $\sigma_{\text{bulk}}^{(\gamma\gamma)} \propto (d_g \tilde{k})^2 \sigma_{\text{RS1}}^{(\gamma\gamma)}$ で結ばれており、$\tilde{k}$ に非自明な依存性を示す。