[論文レビュー] Z<sup>′</sup> s and sterile neutrinos from heterotic string models: exploring Z<sup>′</sup> mass exclusion limits

Alon E. Faraggi, Marco Guzzi|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 74被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、エリスティック・ストリング理論に由来するモデルにおけるテヴスケールのZ′ボソンの崩壊率およびLHC排出限界に、スランプ中性子が与える影響を調査する。Z′のスランプ中性子への崩壊比を標準的Z′モデルと比較することで、著者らはスランプ中性子がコライダーのフェルミオン的特徴を顕著に変化させ、特定のパrameter選択下では現在の質量排出限界を最大20％弱める可能性があることを示している。

ABSTRACT

We investigate the impact of sterile neutrinos on the decay rate of extra Z′s with mass in the TeV range in heterotic string derived models. We explore the impact of sterile neutrinos on the current Z′ mass exclusion limits at the LHC, and how these bounds change when the parameter space of this specific class of models is modified.

研究の動機と目的

• テヴスケールのヘテロティック・ストリング理論に由来するモデルにおけるスランプ中性子がZ′崩壊率に与える影響を検討すること。
• スランプ中性子の存在がLHCによるZ′ボソンの現在の排出限界にどのように影響するかを評価すること。
• これらのモデルのパラメータ空間を分析し、その変化がZ′の素粒子的性質に与える影響を特定すること。
• スランプ中性子を含む・含まない場合のZ′崩壊比を比較し、特にコライダーのフェルミオン的特徴に注目すること。

提案手法

• 低エネルギーにまでU(1)ゲージ対称性が破れない自由フェルミオン形式のヘテロティック・ストリングモデルを用いる。
• 中性ゲージセクターを構築し、回転行列を用いてZ′と標準模型Zの混合を計算する。
• CP不変、CP反転、および荷電ヒッグス成分を含むヒッグスセクターを分析し、質量固有状態と結合定数を決定する。
• 余剰なU(1)対称性に電荷を持つフェルミオン的状態としてスランプ中性子を導入し、真空期待値（VEV）の破れによって質量を生成する。
• W+W−、ZH0、H±H∓、W±H∓へのZ′崩壊率を計算し、スランプ中性子の寄与を含む。
• LHCにおけるコライダーのフェルミオン的特徴を物性的分析し、スランプ中性子の寄与を含む・含まない場合の排出限界を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘテロティック・ストリングモデルにおけるテヴスケールのZ′ボソンの崩壊比は、スランプ中性子の存在によってどのように変化するか？
• RQ2 スランプ中性子の存在により、LHCによるZ′質量の現在の排出限界はどの程度弱まるか？
• RQ3 特にスランプ中性子の存在下で、Z′と標準模型Zの混合はモデルのパラメータ空間にどのように依存するか？
• RQ4 スランプ中性子を含めた場合のZ′の主要崩壊チャネルは何か？ それらは標準的Z′崩壊パターンとどのように比較できるか？
• RQ5 スランプ中性子の存在が、LHCにおける観測可能なZ′排出限界に顕著な低下をもたらす可能性はあるか？

主な発見

• スランプ中性子の導入により、Z′の見えない最終状態への崩壊比が増加し、標準的崩壊チャネルにおける可視性が低下する。
• 特定のパrameter選択下では、増強された見えない崩壊モードのため、LHCによるZ′質量の排出限界が最大20％弱まる。
• スランプ中性子は、活性中性子との混合が非ゼロでかつ質量がZ′質量未満である場合、Z′崩壊幅に顕著な寄与を示す。
• U(1)ゲージ対称性の異常自由性を保つために、U(1)A荷重がトレースレスであり、スピン16+16および10表現の数が等しいことを保証する。
• Z′が2つのヒッグスボソン（H+H−）に崩壊するモードは、W+W−やZH0モードに比べて抑制されるが、スランプ中性子が存在しない場合には依然として関連のあるチャネルである。
• スランプ中性子の存在により、崩壊比の再分配が生じ、特に見えない崩壊チャネルの増加が顕著であり、従来の探索手法ではZ′信号が隠蔽される可能性がある。