[論文レビュー] Production of new chiral bosons at Tevatron and LHC

M. V. Chizhov|ArXiv.org|Sep 14, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、(1,0) および (0,1) ローレンツ表現に従う、ゲージでないスピン-1のキラルボソンの存在を提案する。これらのボソンは、動的生成メカニズムに基づく運動項の生成から導かれるヤコビ相互作用を通じてフェルミオンと結合する。トゥエラトロンおよびLHCにおける生成が予測され、高インvariant質量（約1 TeV）での二レプトン信号と、LHCにおける約1 pbの断面積を示し、ヘリシティ反転結合とレプトンを避ける崩壊の特性により、明確な特徴を持つ新しい物理のシグナチャーを提供する。

ABSTRACT

The possibility of production of new spin-1 chiral particles at the hadron colliders the Tevatron and the LHC is considered. Their coupling constants to ordinary fermions can be fixed using the hypothesis about a dynamical generation of kinetic terms for the bosons and assuming an universality of interactions of these particles. The masses of the chiral particles can be predicted from experimental data of precise low-energy experiments, which already indicate indirectly the existence of such new particles. Quantitative estimations of the production cross-sections of the chiral particles are made. It is noteworthy that, due to their non-gauge interactions with fermions, their decays do not lead to the Jacobian peak in the transverse momentum/mass distribution. Moreover, the lightest chiral particles show leptophobic character, which makes their detection at hadron colliders challenging.

研究の動機と目的

• 標準模型を越える新しいスピン-1キラルボソンの存在を調査すること。これらはゲージボソンとは異なり、キラルローレンツ表現 (1,0) および (0,1) に従う。
• ナムブ＝ジョナ＝ラジン型モデルにインspiredされた、運動項の動的生成仮説を用いて、これらのキラルボソンの結合定数を導出すること。
• 低エネルギー精度実験からの間接的制約と理論的一致性に基づき、キラルボソンの質量を予測すること。
• トゥエラトロンおよびLHCにおける生成断面積と崩壊幅を推定し、特に二レプトンおよびハドロン最終状態に注目すること。
• ジャコビアンピークの欠如やレプトンを避ける性質といった、標準模型粒子とは明確に異なる実験的シグナチャーを特定すること。

提案手法

• キラルスピン-1ボソンを記述するためにランク2の反対称テンソル場 $ T_{mn} $ を用い、オンシェルでは $ V_m = \frac{1}{M} \partial_n T_{mn} $ および $ A_m = \frac{1}{2M} \epsilon_{mnab} \partial_n T_{ab} $ を通じてベクトルおよび軸性ベクトル場に還元される。
• 線形化されたNJLモデルに類似した補助場を用いた運動項の動的生成メカニズムを適用し、フェルミオンへのヤコビ結合を導出する。
• 結合の普遍性を課し、低エネルギー実験データを用いて、質量を決定する有効テンソル結合 $ f_T $ を制約する。
• ヤコビラグランジアン $ \mathcal{L}_Y \propto t^q_a \bar{Q}_a \sigma^{mn} d_{Ra} T_{mn} + \text{h.c.} $ を用いて崩壊幅を導出し、$ \Gamma(T^0 \to \ell^+\ell^-) \approx 2.9~\text{GeV} $ を得る。
• パートンレベルの $ \hat{q}\bar{q} \to T^0 $ 反応を用いてLHCにおける生成断面積を計算し、$ M_{T^0} \approx 1~\text{TeV} $ の場合に $ \sigma_{\ell^+\ell^-} \approx 1~\text{pb} $ となる。
• 検出器固有のシグナチャーを分析し、ヘリシティ反転支配の崩壊による高 $ p_T $ レプトンおよび大な擬定位置領域の特徴を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 (1,0) および (0,1) ローレンツ表現に従うキラルスピン-1ボソンは、フェルミオンのアノマリーを引き起こさずに、電弱相互作用系に一貫して組み込まれるか？
• RQ2 運動項の動的生成が、フェルミオンへのこれらのキラルボソンのヤコビ結合強度に与える影響は何か？
• RQ3 フェルミオン結合に関する低エネルギー実験的制約は、新しいキラルボソンの質量予測にどのように反映されるか？
• RQ4 トゥエラトロンおよびLHCにおけるこれらのキラルボソンの生成断面積と崩壊様式は予想されるか？
• RQ5 ジャコビアンピークの欠如やレプトンを避ける崩壊といった、標準模型粒子とは明確に異なる独自の実験的シグナチャーは何か？

主な発見

• モデルは、理論的構造によって固定された質量比 $ M_L : M_U : M_T : M_H = 1 : \sqrt{2} : 2 : \sqrt{5} $ を予測する。
• 最も軽い中性キラルボソン $ U^R_m $ および $ U^I_m $ は、右手系ニュートリノが重い場合、ニュートリノへの見えない崩壊を示し、トゥエラトロンおよびLEPの異常を説明する候補となる。
• 最も重い中性キラルボソン $ T^0 $ の全フェルミオン的崩壊幅は $ \Gamma^0_T \approx 34~\text{GeV} $ であり、$ \Gamma^0_\ell \approx 2.9~\text{GeV} $ および $ \Gamma^0_q \approx 8.6~\text{GeV} $ である。
• LHCにおける二レプトン生成断面積は、$ T^0 \to \ell^+\ell^- $ でインバリアント質量約1 TeVのとき、およそ1 pbと推定され、分支比は $ 1/12 $ である。
• LHCのピーク光度（$ 10^{34}~\text{cm}^{-2}\text{s}^{-1} $）において、$ d\bar{d} $ 連携から、1秒あたり約25秒に1回、インバリアント質量約1 TeVの $ \ell^+\ell^- $ 対が観測される見込みである。
• 横運動量分布におけるジャコビアンピークの欠如は、ゲージでないヘリシティ反転結合に起因する重要なシグナチャーであり、ゲージボソンとは明確に区別される。