[論文レビュー] The Triplet Dirac Seesaw in the View of the Recent CDF-II W Mass Anomaly

О. Н. Попов, Rahul Srivastava|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、電弱トリプレットスカラーと電荷がゼロのベクトル型フェルミオン三重項を用いた、U(1)_{B-L}対称性の自発的破れに基づくディラックニュートリノ質量模型を提案する。このモデルは、Wボソン自己エネルギーの量子修正を通じて、標準模型予測から7σのずれを示すCDF-IIのWボソン質量異常を説明するとともに、自然に小さいディラックニュートリノ質量を生成する。スカラー三重項質量は1.4–5.2 TeV、フェルミオン三重項質量は100 TeVから10^13 GeVの範囲で、電弱精度およびコライダー制約を満たす。

ABSTRACT

In the present letter, a Dirac neutrino mass model is presented in the view of the new result on W boson mass of $m_W^{CDF-II}=80.4335\pm 0.0094$ GeV, recently reported by the CDF-II experimental collaboration. The newly measured value of the W mass anomaly shows a 7-$σ$ deviation from that predicted by the standard model. The model explains the CDF-II W boson mass anomaly by extending the standard model with hypercharge zero vector-like fermion triplet. Symmetry is amended with a global $U(1)_{B-L}$ which is broken with an hypercharge zero electroweak triplet. It is demonstrated that the model can successfully explain CDF-II result, Dirac neutrino mass origin, while satisfying standard model precision constraints and collider constraints with scalar and fermion triplet masses in the ranger $1.4$ TeV$-5.2$ TeV and $100$ TeV $-10^{13}$ GeV, respectively.

研究の動機と目的

• 標準模型予測から7σのずれを示すCDF-IIのWボソン質量測定を説明すること。
• 標準模型の最小限の拡張として、自然に小さいディラックニュートリノ質量を生成する一貫性のあるメカニズムを提供すること。
• Wボソン質量異常とニュートリノ質量生成の両方を同時に説明しつつ、厳密な電弱精度およびコライダー制約を満たすこと。
• すべての実験的制約と整合するスカラー三重項およびフェルミオン三重項質量の有効なパラメータ空間を同定すること。

提案手法

• 標準模型を拡張するため、電荷がゼロのベクトル型フェルミオン三重項と電弱スカラー三重項を導入する。
• グローバルなU(1)_{B-L}対称性を導入し、電荷がゼロの電弱三重項によって自発的破れを起こさせ、ディラック・シーイズメカニズムを可能にする。
• 三重項場を用いたループ補正を通じてWボソン自己エネルギーを計算し、TおよびUのオブリークパラメータを導出する。
• ディラック・シーイズメカニズムを介してニュートリノ質量行列を導出し、重い三重項質量によって軽いニュートリノ質量が抑制されることを示す。
• 電弱精度データ（S、T、Uパラメータ）、LHCにおけるスカラーおよびフェルミオン三重項の制約、将来のFCC予測を適用する。
• 全制約を満たすパラメータ空間を特定するために、グローバルフィットを実行する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電荷がゼロのベクトル型フェルミオン三重項およびスカラー三重項を備えた標準模型の最小限の拡張は、CDF-IIのWボソン質量異常と自然に小さいディラックニュートリノ質量の両方を同時に説明できるか？
• RQ2 Wボソン質量異常と実験的制約を両方満たすスカラー三重項およびフェルミオン三重項の有効な質量範囲は何か？
• RQ3 三重項場によるループ補正は、オブリークTおよびUパラメータにどのように影響を与え、モデルの妥当性にどのような意味を持つのか？
• RQ4 マヨラナ質量を導入することなく、シーイズメカニズムを通じて自然に小さいディラックニュートリノ質量を生成できるか？
• RQ5 スカラーおよびフェルミオン三重項のパラメータ空間を制限するコライダーおよび電弱精度の制約は何か？

主な発見

• 本モデルは、スカラーおよびフェルミオン三重項を含むループ補正を通じて、CDF-IIが報告した7σのWボソン質量異常を成功裏に説明する。
• スカラー三重項質量は1.4 TeVから5.2 TeVの範囲に制約され、LHCおよびTパラメータ制約を併用した場合、最も妥当な範囲は1.4–5.19 TeVである。
• フェルミオン三重項質量は100 TeVから10^13 GeVの広範囲にわたって許容され、直接検出信号の不在と整合する。
• Tパラメータの制約が最も厳しいものであり、ヒッグスポータルカップリングμ_Hは約2.3 TeVに制限される。
• 本モデルはS ≈ 0、T ≈ 0.11 ± 0.12、U ≈ 0.13 ± 0.09を予測し、CDF-IIの結果を含む電弱精度のグローバルフィットと整合する。
• 本モデルはすべての現在のコライダー制約を満たし、LHCによるスカラー三重項の制約（m_Δ > 1065 GeV）およびCMSによるフェルミオン三重項の制約（M_Σ > 574 GeV）が主な境界条件となる。