[論文レビュー] New Physics at the Tevatron and the LHC May Relate to Dark Matter Visible in UHE Cosmic Rays

Alan R. White|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、QCDにおける二種類のフラバーを持つ色六重項クォーク系が、高エネルギー現象を一元的に説明できることを提案する。具体的には、ダークマターとしての六重項中性子（ニューソン）としての超高エネルギー宇宙線、LHC/テバトロンにおけるZペアおよびトップクォーク生成の異常、そしてヒッグス粒子を必要としない電弱対称性の自发的破れを説明する。主な貢献は、すべての素粒子が動的に質量を持つ束縛状態であるとし、基本的な質量パラメータを持たない conformal かつ アノマリー駆動型の S行列に基づく、統一的枠組み「Quantum Uno/Unification/Unique/Unitary/Underlying Dynamics (QUD)」の提唱である。

ABSTRACT

A two flavor color sextet quark sector added to QCD yields the {\it uniquely} unitary Critical Pomeron at high energy while also producing electroweak symmetry breaking. In this paper it is argued that a number of experimental phenomena in Cosmic Ray and hadron collider physics can be interpreted as evidence for the sextet sector. These phenomena include (1) Top quark production is via the eta_6 sextet quark pseudoscalar resonance - interference with the background will produce an asymmetry. (2) Longitudinal Z pairs, produced as sextet pions, provide a high mass excess cross-section that includes the eta_6 at the t-tbar threshold mass. Combining the sextet sector and the electroweak interaction without short-distance anomalies requires QUD - a unique underlying weak coupling massless SU(5) gauge theory. Remarkably, it appears that the Standard Model might be reproduced (in a radical conceptual change) by the QUD bound-state S-Matrix. Infra-red divergent gauge bosons coupled to massless fermion anomalies produce a "wee parton vacuum" that confines the elementary fermions. All S-Matrix particles have dynamically generated masses, with sextet baryons as the only new particles - beyond the Standard Model. Anomaly color factors produce large sextet amplitudes and there is no Higgs boson.

研究の動機と目的

• 超高エネルギー宇宙線、テバトロン、LHCの観測異常を、QCDにおける新しい二種類のフラバーを持つ色六重項クォーク系によって説明すること。
• 高エネルギー宇宙線物理学と高インテンシティ衝突実験物理学の間の矛盾を、新しい基礎理論を介して強い相互作用と電弱相互作用を統一することで解消すること。
• ヒッグス粒子の役割が $η_{6}$ ピークトルスカラー励起状態によって果たされることを提唱し、QUDによる動的質量生成によって標準模型のヒッグス仮説に挑戦すること。
• 短距離物理学やヒッグス粒子を必要とせず、電弱対称性の破れとトップクォーク生成のメカニズムを提供すること。
• 質量パラメータや短距離発散を避ける束縛状態 S行列フレームワークを通じて、QCD と電弱相互作用を統一すること。

提案手法

• QCDに二種類のフラバーを持つ色六重項クォーク系を導入し、Critical Pomeron を生成させ、ユニタリな高エネルギー散乱を可能にする。
• Quantum Uno/Unification/Unique/Unitary/Underlying Dynamics (QUD) を提唱。質量ゼロの SU(5) 角色理論であり、赤外発散を示すゲージボソンと質量ゼロのフェルミオンのアノマリーを持つ。
• S行列形式を用いて、ラグランジアンの質量パラメータを一切用いずに、ニュートリノや六重項バリオンを含むすべての素粒子の動的質量を導出する。
• レッジオン図法を用いて高エネルギー振幅をモデル化し、六重項系から生じる三重ポンプリンカップリングを導入することで、小 $p_{\perp}$、高多重度イベントの主要寄与を説明する。
• トップクォーク生成を $η_{6}$ ピークトルスカラー六重項クォーク状態の共鳴崩壊としてモデル化し、断面積に干渉効果に起因する非対称性を導入する。
• 非摂動的補正を用いて、包含的 Zペアおよび Wペア断面積を分析し、特に $t\bar{t}$ 閾値近傍で $η_{6}$ 共鳴状態の影響を調べる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された宇宙線スペクトルの膝（knee）は、六重項中性子および六重項プロトン生成の閾値効果として説明可能か？
• RQ2 LHC における小 $p_{\perp}$、高多重度イベントの増強は、六重項由来の三重ポンプリンカップリングに起因するか？
• RQ3 LHC データで観測された Zペアおよび Wペアの過剰は、$η_{6}$ ピークトルスカラー共鳴状態およびその崩壊モードに起因するか？
• RQ4 トップクォーク生成は $η_{6}$ 共鳴状態によって媒介され、断面積に測定可能な干渉非対称性が現れるか？
• RQ5 ヒッグス粒子の欠如を、QUD と六重項ダイナミクスによって電弱対称性の破れと整合させることが可能か？

主な発見

• 宇宙線スペクトルの膝は、六重項中性子の入射および六重項系におけるプロトン生成の閾値効果として解釈される。
• LHC における高多重度・小 $p_{\perp}$ イベントは、六重項由来の三重ポンプリンカップリングによって説明され、小 $p_{\perp}$ 動力学の支配的寄与となる。
• 高質量での縦方向 Zペア生成は六重項パイオンに起因し、$t\bar{t}$ 閾値近傍で $η_{6}$ 状態に起因する共鳴を含む断面積を示す。
• Wペア生成が強化され、W+ ダイジェット断面積に過剰が生じることを予測し、直接的な実験的シグネチャを提供する。
• トップクォーク生成は $η_{6}$ ピークトルスカラー共鳴状態と QCD バックグラウンドとの干渉によって説明され、測定可能な非対称性を生じる。
• 初期の ATLAS ジェット断面積データは、$p_{\perp} \sim m_{top}$ 以上で潜在的な過剰を示しており、六重項系がトップ質量スケールでダイナミクスに寄与していることと整合的である。