[論文レビュー] Z' Physics at the LHC

Paul Langacker|ArXiv.org|Nov 23, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、標準模型の拡張および超対称性におけるTeVスケールのモデルに由来するZ′ゲージボソンの理論的枠組み、実験的制約、および発見可能性について、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）におけるレビューを提供する。Z′のカップリング、Zボソンとの混合、特にW+W−および非可視モードを含む崩壊チャネルが、標準模型を超える新しい物理を診断するためにLHCでどのように探査可能であるかを詳述する。

ABSTRACT

The existing limits on Z' gauge bosons and prospects for discovery and diagnostic studies at the LHC are briefly reviewed.

研究の動機と目的

• 精密電弱測定、LEP 2、およびテバトロン探索からのZ′ゲージボソンに関する現在の実験的制約を評価すること。
• 特にTeVスケールの標準模型の拡張および超対称性の文脈において、LHCにおけるZ′ボソンの発見可能性を評価すること。
• Z′カップリング、Zボソンとの混合、および崩壊モードがどのようにして基礎的なモデル構造を診断できるかを分析すること。
• U(1)′モデルにおける拡張されたヒッグス系、中性ノーマ系、および異性なフェルミオン状態が、LHCにおけるZ′ボソンの衝突臨床的性質に与える影響を探索すること。
• 運動的混合および異常誘導型頂点がZ′の臨床的性質および崩壊パターンをどのように変更するかを検討すること。

提案手法

• フェルミオンとのZ′相互作用をベクトルおよび軸性カップリングで記述する一般化された有効ラグランジュ形式を用い、U(1)′電荷でパrameter化する。
• Z–Z′混合行列形式を適用して物理的質量固有状態および混合角を計算し、特にMZ′ ≫ MZの極限を扱う。
• 混合角およびゲージカップリングを用いてZ′ → W+W−の崩壊率を導出し、重いZ′極限では率がg₂²C²M_Z′ / (192π)に比例することを示す。
• U(1)₁およびU(1)₂ゲージボソン間の運動的混合の影響を検討し、正準基底に変換してカップリングへの影響を評価する。
• ストリングに由来するモデルにおける異常キャンセリング機構から生じる異常な三重ゲージ頂点を分析し、Z′ → ZZ、WW、Zγの崩壊を含む。
• 仮想スレプトンまたはヒッグス媒介によるZ′崩壊から生じる多レプトン最終状態を評価し、SMバックグラウンドが低いクリーンなシグネチャを提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールのZ′ボソンはLHCでどのようにして主に生成され、崩壊するのか。その生成・崩壊モードは、カップリングおよびZボソンとの混合にどのように依存するか。
• RQ2 フォワードバックワード非対称性およびラピディティ分布の測定を通じて、LHCは異なるZ′モデルをどのように区別できるか。
• RQ3 運動的混合が、特に軽いZ′ボソンの文脈において、Z′カップリングおよび崩壊分岐比をどのように変更するか。
• RQ4 U(1)′モデルにおける拡張されたヒッグス系および拡張された中性ノーマ系は、Z′ボソンの衝突臨床的性質にどのように影響を及けるか。
• RQ5 非可視または多レプトン最終状態におけるZ′ボソンの発見可能性はどの程度か。このようなシグネチャは、基礎的なモデルを特定するのをどのように支援するか。

主な発見

• MZ′ ≫ MZの極限において、Z′のW+W−への崩壊幅は約(g₂²C²M_Z′)/(192π)である。ここでCはフェルミオン電荷および真空期待値の組み合わせである。
• ZとZ′の混合角は約−Δ²/M_Z′²であり、これはU(1)′および標準模型ゲージカップリングおよび電荷加重平均真空期待値の積に比例する。
• 運動的混合は、混合角が小さくZ′がZよりもはるかに重い場合、重いZ′の有効カップリングを顕著に変更する可能性がある。
• Z′を含む異常な三重ゲージ頂点は、特に大次元の追加やストリングスケールのZ′質量を持つモデルでは、ZZ、WW、Zγへの観測可能な崩壊をもたらす。
• 仮想ヒッグスまたはスネウトロン交換を通じて生じる多レプトン最終状態（例：ℓℓℓℓや3ℓ3ℓ̄）は、SMバックグラウンドが最小限のクリーンなシグネチャを提供する。
• 軽いZ′ボソン（GeVスケール）は、非常にブーストされたレプトンを生成し、狭いレプトンジェットやずれのある頂点といった特徴的なシグネチャをLHCで生成する可能性がある。