[논문 리뷰] Diboson resonances within a custodially protected warped extra-dimensional scenario

Andrei Angelescu, A. Djouadi외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 46인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS와 CMS에서 관측된 2 TeV 이중보손 초과 현상이, 캐스텔리 보호를 받는 비틀린 추가 차원 모형에서 전자약력 보손의 칼루차–클라인 진동수로 설명될 수 있다고 제안한다. 이 시나리오는 동시에 LEP와 테바트론에서의 토프 및 바텀 쿼크 생성에서 관측된 전진-후진 비대칭성을 설명하며, 추가적인 무거운 쿼크 파트너를 포함할 경우 전자약력 정밀도 및 힉스 데이터와도 일치한다.

ABSTRACT

We propose an interpretation of the diboson excess recently observed by the ATLAS and CMS collaborations in terms of Kaluza-Klein excitations of electroweak gauge bosons stemming from a realization of a warped extra-dimensional model that is protected by a custodial symmetry. Besides accounting for the LHC diboson data, this scenario also leads to an explanation of the anomalies that have been observed in the measurements of the forward-backward asymmetries for bottom quarks at LEP and top quarks at the Tevatron.

연구 동기 및 목표

• ATLAS 및 CMS 데이터에서 관측된 2 TeV 이중보손 초과 현상이 비틀린 추가 차원 모형 내에서 전자약력 보손의 칼루차–클라인 진동수로 기인할 수 있는지 해석하기.
• 동일한 새로운 물리학 부문이 LEP와 테바트론에서 관측된 토프 및 바텀 쿼크 쌍 생성의 전진-후진 비대칭성을 동시에 설명할 수 있는지 확인하기.
• 모델이 전자약력 정밀도 관측치와 LHC 힉스 측정치와 얼마나 일치하는지 평가하기.
• 업그레이드된 13 TeV LHC 런에서 신호를 확인하거나 배제할 수 있는 가능성을 평가하기.

제안 방법

• 나무 보존 대칭으로 보호된 보행 대칭을 갖는 비틀린 추가 차원 모형을 채택하여, 나무 수준에서 T 매개변수에 대한 기여를 억제한다. 모형은 보행 대칭을 갖는 5차원 공간에서의 SU(2)ₗ × SU(2)ᵣ × U(1)ₓ 보행 대칭을 포함한다.
• AdS₅ 공간에 비틀린 계량을 적용하여 압축된 5차원 공간에서 W, Z, 그리고 전자기 보손의 칼루차–클라인 진동수를 도입하며, 질량은 약 2 TeV 수준이다.
• 톱 및 바텀 쿼크를 테바르 브레인에 국소화하여, KK 보손과의 결합을 강화함으로써 전진-후진 비대칭성을 크게 유도한다.
• WW, WZ, ZZ, WH 최종 상태로의 KK 보손 생성 단면적과 붕괴 분포비를 계산하여 관측된 초과 현상과 일치시킨다.
• 전자약력 정밀도 데이터 및 LHC 힉스 측정치의 제약 조건을 포함하며, 무거운 토프 및 바텀 쿼크 파트너의 기여를 조정한다.
• 13 TeV LHC에서의 신호 유의도를 평가하기 위해 루미노시티 스케일링과 배경 행동을 추정하며, 특히 gg-시작 과정에서의 배경 행동을 중심으로 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 및 CMS에서 관측된 2 TeV 이중보손 초과 현상은 보존 대칭을 갖는 비틀린 추가 차원 모형 내에서 전자약력 보손의 칼루차–클라인 진동수로 설명될 수 있는가?
• RQ2 이 모형은 테바트론과 LEP에서 관측된 토프 및 바텀 쿼크 쌍 생성의 전진-후진 비대칭성을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ3 전자약력 정밀도 관측치 및 LHC 힉스 측정치의 제약 조건에 대해 이 모형은 얼마나 잘 견뎌내는가?
• RQ4 4 fb⁻¹의 데이터로 13 TeV LHC 런에서 이중보손 신호의 기대 유의도는 얼마인가?
• RQ5 이 모형은 ZZ 채널 초과 현상을 설명할 수 있는가, 아니면 새로운 물리학이나 측정 오차가 가정되지 않으면 일관성이 없는가?

주요 결과

• 모형은 ATLAS 및 CMS에서 관측된 WW, WZ, WH 채널의 2 TeV 이중보손 초과 현상을 성공적으로 설명하며, 개별 채널에서 약 2.5–3σ의 유의도를 보인다.
• 톱 및 바텀 쿼크 생성에서의 전진-후진 비대칭성은 TeV 브레인에 국소화된 토프/바텀 쿼크와 KK 보손 간의 강력한 결합을 통해 자연스럽게 유도된다.
• 추가적인 무거운 토프 및 바텀 쿼크 파트너의 기여를 포함할 경우, 전자약력 정밀도 데이터 및 LHC 힉스 측정치와의 일치성이 유지된다.
• 2 TeV KK 글루온 공명은 토프 및 바텀 쿼크 파트너로 열린 붕괴 채널 덕분에 넓은 폭을 가지며, 이로 인해 이중톱 공명 탐색에서 배제되지 않는다.
• 13 TeV LHC에서 4 fb⁻¹의 데이터로, QCD 배경이 유사하게 스케일링된다면 8 TeV 런과 유사한 수준의 유의도를 유지할 것으로 예상되나, gg-시작 배경이 지배할 경우 유의도가 1.5σ 이하로 떨어질 수 있다.
• ZZ 채널 초과 현상은 KK 중력보가 거의 질량이 일치하거나, W 또는 힉스 보손을 포함한 이중제트 질량이 잘못 식별된 경우를 제외하고는 설명하기 어렵다.