[論文レビュー] Warped Extra Dimensions: Flavor, Precision Tests and Higgs Physics

Florian Goertz|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本学位論文は、ランサル＝サンズモデルにおける歪みのある追加次元の現象論的性質を調査し、特にフラバー物理学、精度テスト、ヒッグスボソンの現象論に焦点を当てる。カスタディアルRS設定におけるヒッグス生成および崩壊の完全な1ループ計算を提示し、LHCの直接的探査範囲を超える新しい物理学スケールへの感受性を示しており、また、RSモデルにおける自然なフラバー構造ではトップクォークの前向き・後ろ向き非対称性を説明できないことを示している。

ABSTRACT

In this thesis, the phenomenology of the Randall-Sundrum setup is investigated. In this context models with and without an enlarged SU(2)_L x SU(2)_R x U(1)_X x P_{LR} gauge symmetry, which removes corrections to the T parameter and to the Z b_L \bar b_L coupling, are compared with each other. The Kaluza-Klein decomposition is formulated within the mass basis, which allows for a clear understanding of various model-specific features. A complete discussion of tree-level flavor-changing effects is presented. Exact expressions for five dimensional propagators are derived, including Yukawa interactions that mediate flavor-off-diagonal transitions. The symmetry that reduces the corrections to the left-handed Z b \bar b coupling is analyzed in detail. In the literature, Randall-Sundrum models have been used to address the measured anomaly in the t \bar t forward-backward asymmetry. However, it will be shown that this is not possible within a natural approach to flavor. The rare decays t o cZ and t o ch are investigated, where in particular the latter could be observed at the LHC. A calculation of Γ_{12}^{B_s} in the presence of new physics is presented. It is shown that the Randall-Sundrum setup allows for an improved agreement with measurements of A_{SL}^s, S_{ψϕ}, and ΔΓ_s. For the first time, a complete one-loop calculation of all relevant Higgs-boson production and decay channels in the custodial Randall-Sundrum setup is performed, revealing a sensitivity to large new-physics scales at the LHC.

研究の動機と目的

• 拡張されたゲージ対称性を有する・ない場合のランサル＝サンズモデルの現象論的性質を分析すること。
• 歪みのある追加次元におけるフラバー変換過程およびその制約を調査すること。
• t → cZおよびt → chのレアなトップクォーク崩壊を計算し、LHCにおける検出可能性を評価すること。
• カスタディアルRSモデルにおけるヒッグス生成および崩壊チャネルの完全な1ループ計算を実施すること。
• AsSL、Sψφ、および∆Γsといった精度観測量とのモデルの整合性を評価すること。

提案手法

• 質量基底において直接カルラツァ＝クライン分解を定式化し、モデル固有の特徴を明確化した。
• フラバー非対角ヤコビ・相互作用を含む、5次元プロパゲーターの正確な式を導出。
• カスタディアルRSモデルにおけるすべての関連ヒッグス生成および崩壊チャネルの完全な1ループ計算を実施。
• フラバーおよび精度観測量の分析のために、3つの異なるRSパラメータ点を用いた数値的手法を採用。
• KKスケールからボトムクォークスケールへの、∆B = 1オペレーターのウィルソン係数の摂動的グルーブン・エボリューションを適用。
• カスタディアル対称性がTパラメータおよびZb̄b結合への補正を抑制する役割を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RSモデル内での自然なフラバー枠組みにおいて、トップクォークの前向き・後ろ向き非対称性は説明可能か？
• RQ2 カスタディアルRSモデルのヒッグスボソン生成および崩壊に対するLHCにおける現象論的意味は何か？
• RQ3 フラバー非対角ヤコビカップリングは、歪みのある追加次元における精度観測量およびレア崩壊にどのように影響するか？
• RQ4 RSモデルは、AsSL、Sψφ、および∆Γsの測定値との一致をどの程度改善できるか？
• RQ5 ヒッグス観測量は、LHCの直接的探査範囲を超える新しい物理学スケールに対してどの程度感受性を示すか？

主な発見

• カスタディアルRSモデルは、最小RSモデルと比較して、AsSL、Sψφ、および∆Γsの測定値との整合性が向上している。
• t → chのレア崩壊の分岐比は、LHCで観測可能である可能性があり、断面積は10 fbレベルに達する。
• モデルは、ヒッグス生成および崩壊過程におけるLHCの直接的探査範囲を超える新しい物理学スケールへの感受性を予測している。
• トップクォークの前向き・後ろ向き非対称性は、RSフレームワーク内での自然なフラバー手法では説明できない。
• カスタディアルRSモデルにおけるヒッグス生成および崩壊の完全な1ループ計算は、特にベクトルボソン融合およびグルーオン融合チャネルにおいて、標準模型予測に対する顕著な補正を示している。
• 数値的結果から、カスタディアルモデルにおけるωqq′Z補正因子は大きく、ωdLdLZ ≈ 2.9、ωdRdRZ ≈ 150.9、およびωdLdRZ ≈ -15.7であることが判明し、強いカスタディアル保護効果を示している。