[論文レビュー] Simple Non-Abelian Extensions and Diboson Excesses at the LHC

Qing-Hong Cao, Bin Yan+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、ATLASの二ボソン検出における2 TeVの二ボソン過剰を説明するため、標準模型の非アーベル的拡張としてG(221)およびG(331)を検討する。$W'$および$Z'$のレプトンおよびジジェットへの崩壊から生じるきびしい制約により、妥当なパラメータ空間は著しく制限され、$W^+W^-$過剰が背景の揺らぎであるならば、左対称およびレプトン非感受性モデルが$WZ$過剰を一貫して説明可能であることが判明した。

ABSTRACT

The ATLAS collaboration reported excesses at around 2 TeV in the di-boson production decaying into hadronic final states. We consider the possibility of explaining the excesses with extra gauge bosons in two simple non-Abelian extensions of the Standard Model. One is the so-called $G(221)$ models with a symmetry structure of $SU(2)_1\otimes SU(2)_2\otimes U(1)_X$ and the other is the $G(331)$ models with an extended symmetry of $SU(3)_C\otimes SU(3)_L\otimes U(1)_X$. The $W'$ and $Z'$ bosons emerge after the electroweak symmetry is spontaneously broken. Two patterns of symmetry breaking in the $G(221)$ models are considered in this work: one is $SU(2)_L\otimes SU(2)_2 \otimes U(1)_X o SU(2)_L\otimes U(1)_Y$, the other is $SU(2)_1\otimes SU(2)_2 \otimes U(1)_Y o SU(2)_L\otimes U(1)_Y$. The symmetry breaking of the $G(331)$ model is $SU(3)_L\otimes U(1)_X o SU(2)_L \otimes U(1)_Y$. We perform a global analysis of $W^\prime$ and $Z^\prime$ phenomenology in ten new physics models, including all the channels of $W^\prime/Z^\prime$ decay. Our study shows that the leptonic mode and the dijet mode of $W^\prime/Z^\prime$ decays impose a very stringent bound on the parameter space in several new physics models. Such tight bounds provide a useful guide for building new physics models to address on the diboson anomalies. We also note that the Left-Right and Lepton-Phobic models can explain the $3.4\sigma$ $WZ$ excess if the $2.6\sigma$ deviation in the $W^+W^-$ pair around 2~TeV were confirmed to be a fluctuation of the SM backgrounds.

研究の動機と目的

• 標準模型の非アーベル的拡張における新しいゲージボソンを用いて、LHCのATLAS二ボソン最終状態で観測された2 TeVの二ボソン過剰を説明すること。
• すべての崩壊チャネルを含む、G(221)およびG(331)モデルにおける$W'$および$Z'$ボソンの素性を分析すること。
• 異なる対称性の破れパターンのもとで、$G(221)$および$G(331}$モデルが二ボソン異常をどのように受容できるかを評価すること。
• $W'$および$Z'$のレプトンおよびジジェットへの崩壊から得られるきびしい制約を用いて、モデルパラメータに制限を課すこと。
• もし$W^+W^-$過剰が統計的揺らぎであるならば、左対称およびレプトン非感受性モデルが$WZ$および$W^+W^-$過剰を同時に説明できるかを評価すること。

提案手法

• ゲージ群$SU(2)_1 \otimes SU(2)_2 \otimes U(1)_X$を有する$G(221)$モデルを構築し、2つの異なる対称性の破れパターンを分析する：$SU(2)_L \otimes SU(2)_2 \otimes U(1)_X \to SU(2)_L \otimes U(1)_Y$および$SU(2)_1 \otimes SU(2)_2 \otimes U(1)_X \to SU(2)_L \otimes U(1)_Y$。
• ゲージ群$SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$を有する$G(331}$モデルを構築し、$SU(2)_L \otimes U(1)_Y$への対称性の破れを分析する。
• すべての崩壊チャネル（レプトン的、ジジェット、二ボソン最終状態）を含む、$W'$および$Z'$素性の包括的解析を10の新しい物理モデルに対して実施する。
• 特に$W'$および$Z'$のジジェットおよびレプトンへの崩壊に注目し、LHCデータからの実験的制約を適用して、モデルパラメータに対するきびしい境界を導出する。
• もし$W^+W^-$過剰が統計的揺らぎであると仮定した場合、左対称およびレプトン非感受性モデルが$WZ$過剰と整合するかを評価する。
• $WZ$過剰の$3.4\sigma$の有意水準と$W^+W^-$の$2.6\sigma$のずれを、モデル整合性をテストするための主要な入力として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの異なる対称性の破れパターンを有する$G(221}$モデルは、ATLASで観測された2 TeVの二ボソン過剰を説明できるか？
• RQ2 $W'$および$Z'$のジジェットおよびレプトンへの崩壊は、$G(221}$および$G(331}$モデルのパラメータ空間にどの程度の制約を課すか？
• RQ3 もし$W^+W^-$過剰が背景の揺らぎであるならば、左対称およびレプトン非感受性モデルが$WZ$過剰を同時に説明できるか？
• RQ4 $W'$および$Z'$の素性から得られる制約は、非アーベル的拡張が二ボソン異常を説明する上でどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ5 異なる対称性の破れパターンは、$G(221}$モデルにおける$W'$および$Z'$素性にどのように寄与するか？

主な発見

• レプトン的およびジジェット崩壊モードの$W'$および$Z'$は、多数の新しい物理モデルにおけるパラメータ空間に極めてきびしい制約を課す。
• 対称性の破れパターン$SU(2)_1 \otimes SU(2)_2 \otimes U(1)_X \to SU(2)_L \otimes U(1)_Y$を有する$G(221}$モデルは、$W'$および$Z'$の崩壊データから特にきびしい制約を受ける。
• 対称性の破れ$SU(3)_L \otimes U(1)_X \to SU(2)_L \otimes U(1)_Y$を有する$G(331}$モデルも、$W'$および$Z'$の崩壊チャネルから強い制約を受ける。
• もし$W^+W^-$過剰が統計的揺らぎであると確認されたならば、左対称およびレプトン非感受性モデルは$3.4\sigma$の$WZ$過剰を説明可能である。
• $W'$および$Z'$の崩壊から得られるきびしい境界は、二ボソン異常を説明するための妥当なモデルを構築する上で重要な指針を提供する。
• 10のモデルにわたる包括的解析により、$W'$および$Z'$のジジェットおよびレプトンへの崩壊が、2 TeVスケールにおける新しい物理を探索する上で最も感受性の高いプローブであることが確認された。