[論文レビュー] Why Unparticle Models with Mass Gaps are Examples of Hidden Valleys

Matthew J. Strassler|ArXiv.org|Jan 4, 2008

Landslides and related hazards被引用数 77

ひとこと要約

この論文は、質量ギャップを有する非粒子モデルが物理的に隠し谷モデルと同等であることを示しており、それらの最も顕著なLHCのシグネチャ—例えば多体最終状態、ずらし頂点、強化されたパートンシャワー—が、単に非粒子伝播関数によるものではなく、強い相互作用とコンフォーマル対称性の破れに起因することを明らかにしている。主な貢献は、通常の非粒子手法では見過ごされがちな、排他的で可視の崩壊チェーンが、この種のモデルにおいて支配的であることを示したことにある。

ABSTRACT

Hidden valleys, hidden sectors with multi-particle dynamics and a mass gap, can produce striking and unusual final states at the LHC. Unparticle models, hidden-sectors with conformal dynamics and no (or a very small) mass gap, can result in unusual kinematic features that indirectly reflect the conformal dynamics. When sufficiently large mass gaps are added to unparticle models, they become hidden valley models. Predictions using unparticle propagators alone overlook the most striking signals, which are typically of hidden-valley type. Inclusive signatures often cannot be predicted from unparticle dimensions, and exclusive signatures are often visible and can be spectacular. Among possible signatures are: Higgs decays to pairs of particles that in turn decay to two quarks, leptons or gauge bosons, possibly with displaced vertices; Higgs, top, and neutralino decays to more than six particles; resonances below an ``unparticle'' continuum which produce multi-body final states; etc. The Stephanov model is deconstructed, reconstructed, and shown to be a hidden valley model. Some effects of strong dynamics on hidden valley observables, not predictable using unparticle methods, are discussed, including resonances, reduced flavor symmetry breaking, reduced supersymmetry breaking, and a strongly enhanced hidden parton shower.

研究の動機と目的

• 質量ギャップを有する非粒子モデルと隠し谷モデルの物理的同等性を明確にすること。
• 非粒子研究でしばしば見過ごされがちな、排他的で可視の崩壊過程—しばしば隠し谷モデルの支配的フェノメノロジーである—が、このようなモデルにおいてどのように支配的であるかを主張すること。
• 質量ギャップ付近のフェノメノロジーを支配するのは、単に非粒子伝播関数ではなく、コンフォーマル対称性の破れと強い相互作用であることを強調すること。
• 隠しセクターの物理学が見えないという仮定に挑戦し、ヒッグス粒子や他の粒子が隠し谷粒子に崩壊する過程が、劇的に可視である可能性があることを示すこと。
• 隠しセクターを研究する際には排他的かつ包括的な手法を組み合わせるべきであり、強い相互作用とパートンシャワー効果の重要性を強調すること。

提案手法

• ステファノフモデルを隠し谷モデルとして再構築し、質量ギャップを含む非粒子理論と同等であることを示す。
• 質量ギャップ付近のフェノメノロジーを決定する要因として、非粒子伝播関数の虚部と自己相互作用の役割を分析する。
• 有効場理論とコンフォーマル対称性の破れを用いて質量ギャップより上のダイナミクスをモデル化し、これらが非粒子スケーリングよりも支配的であることを示す。
• HVMCを用いた高多重度イベントのシミュレーションにより、強い結合に対応する球対称トポロジー、高ジェット多重度、低横運動量スペクトルの特徴を提示する。
• 包括的非粒子運動量と排他的隠し谷崩壊チェーンを比較し、非粒子手法がどこで失敗するかを特定する。
• 『質量レッジ』の概念を導入する—ここでは粒子が隠しセクター内で崩壊できないため、標準模型への崩壊が強制され、観測可能なシグネチャが得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ質量ギャップを有する非粒子モデルは、より自然に隠し谷フェノメノロジーで記述されるシグネチャを生じるのか？
• RQ2 コンフォーマル対称性の破れと強い相互作用は、質量ギャップを有する非粒子モデルのフェノメノロジーにどのように寄与しているのか？
• RQ3 なぜ排他的崩壊過程—例えばヒッグス粒子が複数の隠し谷粒子に崩壊する現象—が、包括的非粒子シグネチャよりも重要なのか？
• RQ4 強い結合効果、例えば大きな異常次元が、隠し谷モデルにおけるパートンシャワーをどのように強化し、イベントトポロジーをどのように変えるのか？
• RQ5 現在の非粒子手法は、これらのモデルにおける支配的LHCシグネチャをどの程度正確に予測できるのか？また、どのような状況で失敗するのか？

主な発見

• 質量ギャップを有する非粒子モデルは、多粒子ダイナミクス、質量ギャップ、標準模型との弱い結合という特徴を有するため、物理的に隠し谷モデルと同等である。
• 排他的最終状態—例えばヒッグス粒子が複数の粒子に崩壊し、その後クォーク、レプトン、またはゲージボソンにさらに崩壊する現象—は、しばしば包括的非粒子シグネチャーよりも顕著で目立つ。
• 長寿命な隠し谷粒子によるずらし頂点は、特に隠しセクターに強い相互作用がある場合、明確な実験的シグネチャを提供する。
• 強い結合を示す隠し谷では、球対称トポロジー、高多重度イベント、低 $p_T$ スペクトルが予想され、パートンシャワーの強力な増幅を示唆する。
• 非粒子伝播関数の虚部と相互作用（自己相互作用および他の演算子との相互作用）は、質量ギャップ付近で支配的となり、フェノメノロジーにおいて不可欠である。
• 一部の非粒子モデルで一般的な隠しセクターの不可視性という仮定は、しばしば楽観的すぎる。ヒッグス粒子やLSPの隠し谷粒子への崩壊は、顕著で特徴的な可視シグネチャとなる可能性がある。