[論文レビュー] LHC Constraints on 3-3-1 Models

Camilo Salazar, Richard H. Benavides+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 47被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、ATLAS二レプトンデータを用いて、さまざまな3-3-1および$E_6$に由来するモデルにおける$Z^\prime$ボソン質量の95%信頼水準下限を課し、14、30、100 TeVまでのエネルギーにまで外挿して制約を提示する。また、特異なレプトン電荷を持たない3-3-1に由来する$Z^\prime$モデルにおけるベクトルおよび軸性荷の包括的報告を初めて行い、LHCにおけるモデル間の区別を向上させる。

ABSTRACT

The ATLAS detector data on di-lepton production is used in order to impose constraints on $Z^\prime$ boson masses associated with a variety of 3-3-1 and $E_6$ motivated $Z'$ models. Lower mass bounds for the different models are established at $95\%$ confidence level. Our numerical analysis is extrapolated up to 14~TeV, and further to 30~TeV and 100~TeV, for a broad range of luminosities. Some of our results can be compared with the ATLAS published bounds, being, for those cases, in fairly good agreement. We also report the vector and axial charges for all the 3-3-1-motivated $Z'$ models without exotic electric charges for leptons, known in the literature. To the best of our knowledge most of this charges were not reported before.

研究の動機と目的

• ATLAS二レプトンデータを用いて、3-3-1および$E_6$に由来するモデルにおける$Z^\prime$ボソン質量を制約すること。
• LHCの制約を14、30、100 TeVの高い中心系エネルギーおよび多様な光度にまで拡張すること。
• 特異な電荷を持たない3-3-1モデルにおける$Z^\prime$ボソンのベクトルおよび軸性カップリング（$g_{2V}, g_{2A}$）を計算・報告すること—これは文献において以前に報告されていなかった。
• 異なる$Z^\prime$モデルにおいて、パラメータ空間を除外する際に、LHC二レプトンデータとフラーバー変換中性荷（FCNC）のどちらの制約が支配的であるかを評価すること。

提案手法

• ATLAS二レプトン生成データの分析により、95%信頼水準における$Z^\prime$質量の上限を抽出すること。
• 理論的スケーリングおよび光度依存感度推定を用いて、結果を14、30、100 TeVの高いエネルギーにまで外挿すること。
• $SU(3)_L \otimes U(1)_X$ゲージ対称性を有する3-3-1モデルの群論的解析により、$Z^\prime$が標準模型フェルミオンに及ぼすカップリングを導出すること。
• カップリング強度を表現するための$\delta$パラメータ化を用いて、各モデルにおけるすべてのフェルミオン種のベクトル（$g_{2V}$）および軸性（$g_{2A}$）カップリングを計算すること。
• 既存のATLASの制約とモデル予測を比較することで、分析フレームワークの妥当性を検証すること。
• フェルミオン内容および電荷割り当てに基づき、3-3-1モデルをA–Hの異なるクラスに分類し、それぞれに対して別個のカップリング表を提供すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS二レプトンデータに基づく、さまざまな3-3-1および$E_6$に由来するモデルにおける$Z^\prime$質量の95%信頼水準下限は何か？
• RQ2 これらの制約は、中心系エネルギーや光度が増加するに従ってどのようにスケーリングするか？100 TeVまで拡張した場合の挙動は？
• RQ3 特異な電荷を持たない3-3-1モデルにおける$Z^\prime$ボソンの標準模型フェルミオンへのベクトルおよび軸性カップリングは何か？
• RQ4 異なる$Z^\prime$モデルにおいて、パラメータ空間を除外する際に、LHC二レプトンデータとFCNCのどちらの制約が支配的であるか？

主な発見

• 本稿は、複数の3-3-1および$E_6$に由来するモデルにおける$Z^\prime$質量の新しい95%信頼水準下限を確立し、重複するケースでは既存のATLASの制約と整合的であることを示した。
• 最小の3-3-1モデル（Pleitez-Frampton）において、高光度条件下で14 TeVのエネルギーで$Z^\prime$質量の上限が約3.5 TeVであることが判明し、エネルギーと光度が増加するに従い上昇する。
• 特異な電荷を持たないすべての3-3-1に由来する$Z^\prime$モデルにおけるベクトルおよび軸性カップリング（$g_{2V}, g_{2A}$）が、本稿で初めて報告され、表1–12に明示的な式が提示された。
• 非一様な$Z^\prime$カップリング構造を示すモデルH（$\sqrt{1-4\sin^2\theta_W}$依存性を有する）は、高エネルギーLHC実験で区別可能である可能性を示している。
• $\delta$パラメータ値が大きいモデルでは、$Z^\prime$質量が5 TeV未満の場合、LHC二レプトンチャンネルがFCNCよりも強い制約を提供することが明らかになった。
• 結果は、モデルD、E、Fにおける$Z^\prime$カップリングが顕著なフラーバー非一様性を示しており、将来的な高精度LHC測定で探査可能である可能性を示唆している。