[論文レビュー] How the $\gamma \gamma$ Resonance Stole Christmas

Nathaniel Craig, Patrick Draper+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2015

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、LHCデータの異常を説明できる可能性がある、重い二ゲージボソン励起状態（特に $γ\gamma$ チャネル）を調査している。$WW$、$ZZ$、$ cancel{\gamma\gamma}$ チャネルにおける崩壊比と偏光分率を分析することで、新しい強い相互作用を示す荷電物質の痕跡を特定し、LHC や将来のコライダーで検出可能な追加の励起状態を予測している。

ABSTRACT

The experimental and theoretical implications of heavy digauge boson resonances that couple to, or are comprised of, new charged and strongly interacting matter are investigated. Observation and measurement of ratios of the resonant digauge boson channels $WW$, $ZZ$, $\gamma \gamma$, $Z \gamma$, and $gg$ in the form of dijets, provide a rather direct -- and for some ratios a rather robust -- probe of the gauge representations of the new matter. For a spin-zero resonance with the quantum numbers of the vacuum, the ratios of resonant $WW$ and $ZZ$ to $\gamma \gamma$ channels, as well as the longitudinal versus transverse polarization fractions in the $WW$ and $ZZ$ channels, provide probes for possible mixing with the Higgs boson, while di-Higgs and ditop resonant channels, $hh$ and $tt$, provide somewhat less sensitivity. We present a survey of possible underlying models for digauge boson resonances by considering various limits for the mass of the new charged and strongly interacting matter fields as well as the confinement scale of new hypergauge interactions under which they may also be charged. In these limits, resonances may be included as elementary weakly coupled spin-zero states or can correspond to hyperglueballs, hyperonia, or pseudoscalar hypermesons. For each of these cases, we make predictions for additional states that could be resonantly or pair produced and observed at the Large Hadron Collider or in future collider experiments. Heavy digauge boson resonances can provide a unified explanation for a number of small discrepancies and excesses in reported data from the Large Hadron Collider.

研究の動機と目的

• 重い二ゲージボソン励起状態が新しい荷電・強い相互作用を示す物質と結合する実験的・理論的意味を調査すること。
• 新しい物質のゲージ表現を解明するために、励起状態の二ジェット崩壊チャネル（$WW$、$ZZ$、$\gamma\gamma$、$Z\gamma$、$gg$）の比率がどのように役立つかを評価すること。
• 新しい粒子の質量と閉じ込めスケールの異なる極限における、このような励起状態のモデルに依存しない特徴を調査すること。
• ハイパーグルーエンボール、ハイパーヨニア、または準スカラーハイパーメソンの文脈で、励起状態または対生成状態がどのように現れるかを同定すること。
• 重い二ゲージレゾネンスの一つの枠組みで、LHCデータにおける小さな不一致を統一的に説明できることを示すこと。

提案手法

• 新しい物質のゲージ表現をプローブする目的で、二ジェット崩壊チャネル（$WW$、$ZZ$、$\gamma\gamma$、$Z\gamma$、$gg$）の比率を分析する。
• $WW$ および $ZZ$ 崩壊における縦偏光および横偏光分率を検討し、ヒッグスボソンとの混合をプローブする。
• 新しい荷電および強い相互作用場の極限、特にハイパーゲージ相互作用の閉じ込めスケールを考慮する。
• モデルの極限に応じて、励起状態を基本スピンゼロ状態、ハイパーグルーエンボール、ハイパーヨニア、または準スカラーハイパーメソンに分類する。
• LHC や将来のコライダーで観測可能な追加の励起状態および対生成状態を予測する。
• 有効場理論および対称性に基づく推論を用いて、レゾネンスの結合および崩壊パターンをモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして $WW$、$ZZ$、$\gamma\gamma$ 二ジェット崩壊チャネルの比率が、新しい強い相互作用物質のゲージ量子数を制限するか？
• RQ2 $WW$ および $ZZ$ 崩壊における縦偏光および横偏光分率は、新しいレゾネンスとヒッグスボソンとの混合をどの程度明らかにできるか？
• RQ3 ハイパーグルーエンボール、ハイパーヨニア、準スカラーハイパーメソンは、二ゲージレゾネンス探索においてどのような特徴的な事象的特徴を示すか？
• RQ4 新しい粒子の質量と閉じ込めスケールの異なる極限において、どの追加の励起状態または対生成状態が予測されるか？
• RQ5 重い二ゲージレゾネンスは、LHCデータにおける複数の小さな過剰や不一致を一つの枠組みで統一的に説明できるか？

主な発見

• $\gamma\gamma$ チャネルは、特に $WW$ および $ZZ$ の比率と組み合わせることで、新しい物質のゲージ表現を直接的かつ強固にプローブできる。
• $WW$ および $ZZ$ 崩壊における偏光分率は、新しいレゾネンスとヒッグスボソンとの混合を敏感に探る手段を提供する。
• 二ヒッグス（$hh$）および二トップ（$tt$）レゾネンスチャネルは、$WW$、$ZZ$、$\gamma\gamma$ チャネルに比べて感度が低くなる。
• 新しい荷電場が重く、ハイパーゲージの閉じ込めが強い極限では、励起状態はハイパーグルーエンボール、ハイパーヨニア、または準スカラーハイパーメソンとして記述できる。
• モデルは、新しいセクターの力学的性質に応じて、LHCで観測可能な追加の励起状態および対生成状態を予測する。
• 重い二ゲージボソンレゾネンスは、LHCデータにおける複数の小さな異常を同時に説明でき、統一的な現象論的枠組みを示唆している。