[論文レビュー] Interplay of vector-like top partner multiplets in a realistic mixing set-up

Giacomo Cacciapaglia, Aldo Deandrea+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、ダウンクォークの混合を伴わない現実的なモデルにおいて、2つのベクトル型トップパートナーマルチプレットがトップクォーク系に混合する現象論的影響を調査する。電弱精度データとLHCの制約を用いて、単一マルチプレットの場合と比較して、質量と混合角の制約が大きく変化することを示し、より大きな混合と強化されたLHC発見可能性を可能にしつつ、精度のとれた電弱およびフラバー制約と整合的であることを明らかにする。

ABSTRACT

The ATLAS and CMS collaborations at the LHC have performed analyses on the existing data sets, studying the case of one vector-like fermion or multiplet coupling to the standard model Yukawa sector. In the near future, with more data available, these experimental collaborations will start to investigate more realistic cases. The presence of more than one extra vector-like multiplet is indeed a common situation in many extensions of the standard model. The interplay of these vector-like multiplet between precision electroweak bounds, flavour and collider phenomenology is a important question in view of establishing bounds or for the discovery of physics beyond the standard model. In this work we study the phenomenological consequences of the presence of two vector-like multiplets. We analyse the constraints on such scenarios from tree-level data and oblique corrections for the case of mixing to each of the SM generations. In the present work, we limit to scenarios with two top-like partners and no mixing in the down-sector.

研究の動機と目的

• トップクォーク系に2つのベクトル型トップパートナーマルチプレットが混合する現実的な設定において、ダウンクォーク系の混合なしに、フラバー制約を最小限に抑えた状況での相乗作用を調査すること。
• マルチプレットの多重性が電弱精度観測量（S、Tパラメータ）および木レベルの制約に与える影響を評価すること。
• 14 TeVでの単一のベクトル型トップクォーク生成のLHC発見可能性に、このような混合が与える影響を評価すること。
• 現在のLHCおよび電弱精度データからの実験的制約と整合するパラメータ空間の領域を特定すること。

提案手法

• ヒッグスダブルレットを通じて標準模型クォークに結合可能なすべてのSU(2)L × U(1)Y量子数を持つベクトル型マルチプレットのペアを分類する。
• ボトムパートナーミキシングなしの2トップパートナーモデルにおける質量行列を構築し、トップ型（Y=+2/3）および混合電荷状態に注目する。
• ループ図を用いて、ベクトル型フェルミオンを含む電弱的補正（SおよびTパラメータ）を評価し、左および右ヘンドの混合寄与を含む。
• トップ型、ボトム型、および特異電荷状態（例：X^{8/3}, Y^{-7/3}）を含むさまざまなループ図からTパラメータの寄与を計算し、自己エネルギー Π_T^{LL}, Π_T^{LR} の明示的表現を与える。
• フェルミオン質量および混合角の木レベル制約を適用し、LHCによる単一のベクトル型トップクォーク生成の制約と比較する。
• シングレット-ダブルレット、ダブルレット-トリプレット、ダブルレット-ダブルレットのマルチプレット組み合わせを含む、複数のベンチマークシナリオにおける数値的解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つのベクトル型トップパートナーマルチプレットが存在する場合、単一マルチプレットと比較して、オブリークSおよびTパラメータにどのように影響を与えるか？
• RQ2 電弱精度データとLHC探索の両方の制約が、2つのベクトル型トップパートナーマルチプレットの質量と混合角に及える組み合わせ的制約は何か？
• RQ3 ダウン系での混合が存在しないことで、許容可能なパラメータ空間がどのように拡張され、LHC発見可能性が向上するか？
• RQ4 単一のベクトル型フェルミオンを仮定する簡略化モデルから導かれる境界が、マルチプレット多重性の混合効果によってどの程度変化するか？
• RQ5 電弱精度およびLHCの両方の制約を満たす2つのベクトル型トップパートナーマルチプレットのパラメータ空間における妥当な領域はどこか？

主な発見

• 2つのベクトル型トップパートナーマルチプレットの存在により、混合チャネル間の干渉効果によってSおよびTパラメータに顕著な変化が生じる。
• 特異電荷状態（例：X^{8/3}, Y^{-7/3}）を含むループにおけるTパラメータの寄与は、p²=0で対称性キャンセレーションにより消えるため、精度観測量への影響が低減する。
• 2つのトップパートナーマルチプレットを含むシナリオでは、単一マルチプレットモデルと比較してより大きな混合角が許容可能となり、LHCにおける単一生成断面積が増加する。
• 木レベルの制約および電弱精度データ（S、T）は、特に混合角が大きくまたは質量が degenerate である場合に、パラメータ空間を強く制限する。
• 木レベルの制約（例：混合角の制約）による3σ除外領域は、EWP制約に比べて顕著に小さいため、多くの場合、EWPデータがより強い制約をもたらす。
• 数値的結果から、ダブルレット-ダブルレットおよびダブルレット-トリプレットの構成において、EWP制約が14 TeVでのLHC制約よりも厳しくなることが示され、特に混合角が非ゼロのとき顕著である。