[論文レビュー] New Bound States of Top-anti-Top Quarks and T-balls Production at Colliders (Tevatron, LHC, etc.)

C.D. Froggatt, Л. В. Лаперашвили+3 more|ArXiv.org|Apr 28, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、ヒッグスボソンへの強いトップクォークのユカワ結合によって駆動される、標準模型内でのトップクォークおよび反トップクォークの新しい束縛状態（Tボール）の存在を提案する。軽いbクォーク置換Tボールの質量は300–400 GeVと推定され、対称的でない相とTボール凝縮相の間の相転移において、$ g_t \approx 1 $ の臨界ユカワ結合が予測される。これはテバトロンおよびLHCでの検出可能なシグネチャを示唆している。

ABSTRACT

The present talk is based on the assumption that New Bound States (NBSs) of top-anti-top quarks (named T-balls) exist in the Standard Model (SM): a) there exists the scalar 1S - bound state of 6t+6\bar t - the bound state of 6 top-quarks with their 6 anti-top-quarks; b) the forces which bind these top-quarks are very strong and almost completely compensate the mass of the 12 top-anti-top-quarks forming this bound state; c) such strong forces are produced by the interactions of top-quarks via the virtual exchange of the scalar Higgs bosons having the large value of the top-quark Yukawa coupling constant g_t\simeq 1. Theory also predicts the existence of the NBS 6t + 5\bar t, which is a color triplet and a fermion similar to the t'-quark of the fourth generation. We have also considered "b-replaced" NBSs: n_b b + (6t + 6\bar t - n_b t) and n'_b b + (6t + 5\bar t - n'_b t), etc. We have estimated the masses of the lightest "b-replaced" NBS: M_{NBS}\simeq (300 - 400) GeV, and discussed the larger masses of the NBSs. We have developed a theory of the scalar T-ball's condensate, and predicted the existence of the three SM phases, calculating the top-quark Yukawa coupling constant at the border of two phases (with T-ball's condensate and without it) equal to: g_t \approx 1. The searching for the Higgs boson H and T-balls at the Tevatron and LHC is discussed.

研究の動機と目的

• 標準模型内に6つのトップクォークおよび6つの反トップクォークからなる新しい束縛状態（Tボール）の存在を調査すること。
• トップクォークのユカワ結合およびヒッグス媒介相互作用を考慮して、bクォーク置換Tボールの質量を推定すること。
• Tボール凝縮によって引き起こされる標準模型内の相転移を調査し、臨界ユカワ結合を特定すること。
• 加速器実験を通じて、TボールがテバトロンおよびLHCで検出可能かどうかを評価すること。
• Tボール形成が電弱対称性の破れおよびヒッグスボソン探索に与える影響を分析すること。

提案手法

• 6つのトップクォークおよび6つの反トップクォーク（$6t + 6\bar{t}$）のスカラー1S束縛状態を仮定し、大きなユカワ結合 $g_t \simeq 1$ を持つ仮想ヒッグス交換によって安定化するとする。
• 有効場理論的手法を用いてTボール凝縮をモデル化し、標準模型における相構造を導出する。
• 自発的対称性の破れおよびTボール形成を記述するため、$\mu^2 < 0$ を満たすヒッグスポテンシャル $V(\varphi) = \mu^2 \varphi^\dagger \varphi + \lambda (\varphi^\dagger \varphi)^2$ を使用する。
• Tボール凝縮が起こる相転移の境界でトップクォークのユカワ結合を計算し、$g_t \approx 1$ が得られる。
• 一部のトップクォークをbクォークに置換することで、b置換Tボールの質量を推定し、$M_{\text{NBS}} \simeq (300-400)$ GeV が得られる。
• 崩壊シグネチャーや電荷多重度を分析し、加速器での検出チャネルを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強いユカワ結合のおかげで、標準模型内に安定なトップ-反トップクォークの束縛状態（Tボール）が存在しうるか？
• RQ2 一部のトップクォークがbクォークに置き換えられた場合、最も軽いTボール状態の質量はどのくらいか？
• RQ3 トップクォークのユカワ結合がどの値でTボール凝縮への相転移を示すか？
• RQ4 テバトロンおよびLHCにおける陽子-反陽子および陽子-陽子衝突において、Tボールの検出可能なシグネチャは何か？
• RQ5 Tボール形成は、電弱対称性の破れメカニズムおよびヒッグスボソンの素粒子物理学的性質にどのように影響を与えるか？

主な発見

• bクォーク置換Tボール状態の最も軽い状態の質量は、$ M_{\text{NBS}} \simeq (300-400) $ GeV と推定される。
• 対称的でない相とTボール凝縮相の間の相転移における臨界トップクォークのユカワ結合は、$ g_t \approx 1 $ である。
• $6t + 5\bar{t}$ 状態の存在が予測され、これは色三重項であり、第四世代のフェルミオン的性質を示すt'-クォークとして振る舞う。
• Tボールは仮想ヒッグスボソンを介した強い相互作用によって安定化され、ヒッグス結合 $ g_t \simeq 1 $ が中心的な役割を果たす。
• このモデルは、標準模型に3つの異なる相を予測し、相転移はTボール凝縮の開始によって特徴づけられる。
• Tボールは、高多重度のジェット、欠落エネルギー、およびトップクォークおよびbクォークを含む特定の崩壊トポロジーを示すため、テバトロンおよびLHCで検出可能である可能性がある。