[論文レビュー] Phenomenological constraints on universal extra dimensions at LHC and electroweak precision test

Takuya Kakuda, Kenji Nishiwaki+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、LHCのヒッグス信号強度データと電弱精度測定（SおよびTパラメータを介して）を用いて、ユニバーサルエキストラ次元（UED）モデルにおけるカルラッツ＝クライン（KK）スケールを制限している。最小の5次元UEDモデルは650 GeV（LHC）および700 GeV（S,T解析）未塔で除外され、さまざまなコンパクト化多様体上の6次元UEDモデルでは、LHC解析で850–1350 GeV、S,T解析で900–1500 GeVのKKスケールの上限が得られた。後者はわずかにきびしい制限である。

ABSTRACT

We show two types of bounds on five- and six-demensional universal extra dimension (UED) models from the latest results of the Higgs search at the LHC and of the electroweak precision data for the S and T parameters. The UED models on which we put lower bounds are the minimal UED model in five dimensions and the six dimensional ones. The highest possible ultraviolet cutoff scale for each UED model is evaluated from the vacuum stability of the Higgs potential by solving the renormalization group equation of the Higgs self coupling. The bounds on the KK scale in the minimal UED model is 650 GeV from the LHC results and 700 GeV from the S, T analysis at the 95% confidence level, while those in the several 6D UED models are from 850 GeV to 1350 GeV (Higgs search) and from 900 GeV to 1500 GeV (S,T analysis).

研究の動機と目的

• 最新のLHCヒッグス信号強度データを用いて、ユニバーサルエキストラ次元（UED）モデルにおけるカルラッツ＝クライン（KK）スケールの現象論的制限を導出すること。
• 5次元および6次元のUEDモデルにおける電弱精度測定（SおよびTパラメータを介して）からの制限を評価すること。
• ヒッグス自己結合の正規化群方程式（RGE）解析を通じてヒッグスポテンシャルの真空安定性を保証するように、各UEDモデルの最高の紫外（UV）カットオフスケールを特定すること。
• 複数の6次元UEDコンパクト化におけるヒッグス信号探索と電弱精度データからの制限の相対的な強さを比較すること。
• T²/Z₂、T²/Z₄、S²、RP²、および射影球を含む多様体上のさまざまな6次元UEDモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• LHCにおけるヒッグス信号強度は、グルーオン融合によるヒッグス生成およびγγ、ZZ、WW終状態への崩壊におけるUEDと標準模型（SM）の断面積比を用いて計算される。
• ループ誘導ヒッグス崩壊および生成振幅は、トップクォークおよびゲージボソンのKK励起状態によって修正され、有効ループ関数J^SMおよびJ^KKを介して計算される。
• SおよびTパラメータは、KK粒子のループ寄与から計算され、UVカットオフスケール付近のヒッグス質量キャリブレーションおよびしきい値効果の補正を含む。
• UVカットオフスケールは、ヒッグス自己結合の正規化群方程式を解くことで決定され、真空安定性を保証する。
• 予測されたSおよびT値を実験データのグローバルフィット（S = 0.05 ± 0.09、T = 0.08 ± 0.07）と比較することで制限が導かれる（95%信頼水準）。
• 解析には5次元最小UEDモデルおよびT²/Z₂、T²/(Z₂×Z′₂)、T²/Z₄、S²、S²/Z₂、RP²、および射影球上の複数の6次元UEDモデルが含まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 95%信頼水準において、LHCヒッグス信号強度測定から最小の5次元UEDモデルにおけるKKスケールの下限は何か？
• RQ2 6次元UEDモデルにおいて、電弱精度データからのSおよびTパラメータ制限とヒッグス信号探索からの制限は、どのように比較できるか？
• RQ3 T²/Z₂、T²/Z₄、S²、RP²、および射影球にコンパクト化された6次元UEDモデルの、モデル依存のKKスケールの上限は何か？
• RQ4 KKトップクォーク、ゲージボソン、ヒッグスボソンの寄与は、UEDモデルにおけるSおよびTパラメータにどのように影響するか？
• RQ5 ヒッグス信号強度と電弱精度データのどちらのセットが、UEDモデルにおけるKKスケールのよりきびしい制限を提供するか？

主な発見

• 最小の5次元UEDモデルは、LHCヒッグス信号強度データに基づき、95%信頼水準で650 GeV未塔で除外される。
• 同様に、SおよびTパラメータ測定による制限では、同モデルは700 GeV未塔で95%信頼水準で除外される。
• T²/Z₂、T²/(Z₂×Z′₂)、T²/Z₄、S²、S²/Z₂、RP²、および射影球にコンパクト化された6次元UEDモデルでは、ヒッグス信号探索から得られるKKスケールの上限は850から1350 GeVの範囲にある。
• SおよびTパラメータ解析では、わずかにきびしい制限が得られ、6次元UEDモデル全体でKKスケールが900–1500 GeV未塔で除外される。
• 現在のデータでは、電弱精度データからの制限がヒッグス信号探索からのものよりもわずかにきびしいが、将来的なLHCデータではこの傾向が逆転する可能性がある。
• 各UEDモデルの最高のUVカットオフスケールは、ヒッグス自己結合のRGE解析によるヒッグスポテンシャルの真空安定性から決定される。