[論文レビュー] Stueckelberg Axions and Anomalous Abelian Extensions of the Standard Model

Simone Morelli|ArXiv.org|Jul 22, 2009

Quantum Mechanics and Applications被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、異常をキャンセルするためのステュッケルベルク・アキソンを備えた標準模型の異常U(1)拡張を調査し、アキソン様性質を持つ物理的擬スカラー（アキシ・ヒッグス）を導入する。LHCにおけるゲージ振幅を分析し、Drell-Yanおよび即時二光子過程が抑制されることを示し、Wess-Zumino型の異常キャンセレーション機構における非局所的カウンターテルムに結びつくユニタリティの上限を確立する。

ABSTRACT

This thesis work analyzes basic field theoretical aspects of a class of models motivated by orientifold vacua of string theory and some of their phenomenological applications at the Large Hadron Collider. They extend the gauge structure of the Standard Model by anomalous extra U(1) symmetries, which involve Stuckelberg axions for anomaly cancellation and are accompanied by Chern-Simons interactions. In particular, these effective actions are characterized by a physical pseudoscalar (the axi-Higgs) in the CP-odd spectrum, which has the properties of a generalized Peccei-Quinn axion, with independent mass and couplings to the gauge fields. Amplitudes mediated by anomalous gauge interactions are studied at the new collider in some specific channels such as Drell-Yan and double prompt-photon and shown to be small. Finally, we address the problem of the relation between the Green-Schwarz and the Wess-Zumino mechanism(s) for anomaly cancellations in effective lagrangeans involving anomalous gauge interactions, with their gauge symmetry restored either with local or non-local counterterms and identify some unitarity bounds in the Wess-Zumino case. These are due to the presence of anomaly poles in scattering amplitudes mediated by the anomaly (BIM amplitudes) and whose cancellation requires necessarly non-local counterterms. While the axi-Higgs appears in the Wess-Zumino case, two axion-like particles are needed for the cancellation of the gauge anomalies at all scales, one of them being a ghost.

研究の動機と目的

• 弦理論のオリエンターロイド真空に由来する、異常U(1)拡張の標準模型における場の理論的側面を調査すること。
• チェーン＝シモンズ相互作用を通じて、ステュッケルベルク・アキソンがゲージ異常をキャンセルする役割を分析すること。
• Drell-Yanおよび二光子生成のような高エネルギー衝突過程におけるアキシ・ヒッグス粒子の素粒子物理学的シグナルを研究すること。
• 異常ゲージ対称性を有する有効ラグランジアンにおけるグリーン＝シュクラーとウェス＝ツミノのメカニズムの相互作用を明確にすること。
• 異常極に起因する散乱振幅におけるユニタリティの上限を導出し、非局所的カウンターテルムの必要性を明らかにすること。

提案手法

• 異常U(1)ゲージ対称性を有する有効場理論を構築し、チェーン＝シモンズ項を通じてステュッケルベルク・アキソンと結合させる。
• 独立した質量およびゲージ結合定数を持つ物理的擬スカラー（アキシ・ヒッグス）を導入し、一般化されたペチェイ＝クイン・アキソンとして機能させる。
• 異常ゲージ相互作用を介したDrell-Yanおよび二光子プロセスの散乱振幅を計算する。
• 局所的および非局所的カウンターテルムを用いて異常キャンセレーションを分析し、グリーン＝シュクラーとウェス＝ツミノのメカニズムを比較する。
• ウェス＝ツミノの手法における、異常媒介振幅の極に起因するユニタリティ制約を同定する。
• すべてのエネルギースケールで異常キャンセレーションを達成するには、2つのアキソン様粒子（1つはゴースト状態を含む）が必要であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ステュッケルベルク・アキソンは、標準模型の異常U(1)拡張において、どのように異常キャンセレーションを媒介するか？
• RQ2 Drell-Yanおよび二光子生成のようなLHCプロセスにおけるアキシ・ヒッグス粒子の素粒子物理学的シグナルは何か？
• RQ3 異常ゲージ対称性を有する有効ラグランジアンにおいて、グリーン＝シュクラーとウェス＝ツミノのメカニズムはどのように比較できるか？
• RQ4 ウェス＝ツミノの手法における異常媒介振幅から、どのようなユニタリティの上限が生じるか？
• RQ5 すべてのエネルギースケールで一貫した異常キャンセレーションを達成するために、ゴースト状態を含む2つのアキソン様粒子が必要とされる理由は何か？

主な発見

• 異常ゲージ相互作用を介したDrell-Yanおよび二光子プロセスの振幅は、LHCにおいて小さくなることが判明した。
• アキシ・ヒッグス粒子は、独立した質量およびゲージ結合定数を持つ一般化されたペチェイ＝クイン・アキソンとして振る舞い、ヒッグス粒子とは明確に異なる。
• ウェス＝ツミノの手法におけるユニタリティの上限は、異常媒介振幅（BIM振幅）の極に起因し、非局所的カウンターテルムの必要性を示している。
• すべてのスケールで異常キャンセレーションを達成するには、1つの物理的擬スカラー（アキシ・ヒッグス）と1つのゴースト状態を含む2つのアキソン様粒子が必要である。
• 散乱振幅に異常極が存在するため、ウェス＝ツミノフレームワークにおいて一貫性を保つには非局所的カウンターテルムの使用が強制される。
• グリーン＝シュクラーとウェス＝ツミノのメカニズムは、関連しているが明確に異なることが示され、後者ではユニタリティを維持するために非局所項が必要である。