[논문 리뷰] Domain-Wall Standard Model and LHC

Nobuchika Okada, Digesh Raut외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 26.

Superconducting Materials and Applications인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 5차원 공간에서의 표준모형 필드를 국소화하는 비콤팩트 5차원 도메인 월 모델을 제안한다. 이 모델은 5차원에서의 압축화 없이도 표준모형 물리학을 4차원 효과 이론으로 실현한다. 논문은 표준모형 게이지 보손의 칼루차-클라인(KK) 모드를 연구하며, 이들의 쿠퍼링이 부스러기 국소화에 따라 달라짐을 보이고, LHC 런-2 데이터가 이러한 공명 상태를 제약함으로써 향후 LHC 런에서 이 모델이 검증 가능하다는 것을 밝힌다.

ABSTRACT

We propose a framework to construct Domain-Wall Standard in a non compact 5-dimensional space-time, where all the Standard Model (SM) fields are localized in certain domains of the 5th dimension and the SM is realized as a 4-dimensional effective theory without any compactification for the 5th dimension. In this context, we investigate the collider phenomenology of the Kaluza-Klein (KK) modes of the SM gauge bosons and the current constraints from the search for a new gauge boson resonance at the LHC Run-2. The couplings of the SM fermions with the KK-mode gauge bosons depend on the configuration of the SM fermions in the 5-dimensional bulk. This geometry of the model can be tested at the future Large Hadron Collider experiment, once a KK-mode of the SM gauge boson is discovered.

연구 동기 및 목표

• 5차원 공간에서의 표준모형을 압축화 없이 실현하기 위한 5차원 도메인 월 프레임워크를 개발하는 것.
• 이 비콤팩트 5차원 설정에서 표준모형 게이지 보손의 칼루차-클라인(KK) 모드의 충돌기 현상학을 조사하는 것.
• 이 모델 내에서 새로운 게이지 보손 공명 상태에 대한 LHC 런-2 데이터로부터의 현재 제약 조건을 평가하는 것.
• 5차원 부스러기에서의 페르미온 국소화가 KK 모드와의 결합에 어떻게 영향을 주는지 탐구하여 향후 LHC 실험에서의 검증 가능성을 높이는 것.

제안 방법

• 특정 5차원 영역에서 표준모형 필드를 국소화하는 도메인 월을 갖는 비콤팩트 5차원 시공간을 구성하는 것.
• 압축화가 필요 없이 도메인 월에서의 필드 국소화를 통해 표준모형을 4차원 효과 이론으로 실현하는 것.
• 이 도메인 월 기하학에서 표준모형 게이지 보손의 칼루차-클라인(KK) 모드 스펙트럼을 유도하는 것.
• 페르미온이 5차원 부스러기 프로파일에 따라 달라지는 KK 모드 게이지 보손과의 결합을 계산하는 것.
• 예측된 KK 공명 신호를 LHC 런-2에서의 새로운 게이지 보손 검색 결과와 비교하는 것.
• 현재 제약 조건과 페르미온 국소화 의존성에 기반해 향후 LHC 런에서의 모델 검증 가능성 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 압축화 없이 비콤팩트 5차원 시공간에서 도메인 월을 사용해 필드를 국소화함으로써 표준모형을 어떻게 실현할 수 있는가?
• RQ2 이 도메인 월 프레임워크에서 표준모형 게이지 보손의 칼루차-클라인 모드의 성질과 현상학적 특성은 무엇인가?
• RQ3 표준모형 페르미온이 KK 모드 게이지 보손과의 결합이 5차원 부스러기에서의 국소화에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 LHC 런-2 데이터는 이 모델 내에서 새로운 게이지 보손 공명 상태 존재에 대해 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 만약 KK 모드 게이지 보손이 발견된다면, 이 모델은 향후 LHC 실험에서 어떻게 검증될 수 있는가?

주요 결과

• 이 모델은 압축화가 필요 없이 도메인 월에서의 필드 국소화를 통해 비콤팩트 5차원 시공간에서 표준모형을 4차원 효과 이론으로 실현한다.
• 표준모형 게이지 보손의 칼루차-클라인 모드는 페르미온의 5차원 부스러기 프로파일에 따라 달라지는 결합을 갖는 공명 상태로 나타난다.
• LHC 런-2 데이터는 이 모델 내에서 새로운 게이지 보손 공명 상태의 매개변수 공간을 이미 제약하고 있으며, 특히 특정 페르미온 국소화 구성에 대해 강력하다.
• 모델의 예측은 5차원 부스러기에서의 페르미온 국소화에 민감하게 의존하여, 향후 LHC 탐색에 대해 특별한 서명을 제공한다.
• 만약 표준모형 게이지 보손의 KK 모드가 발견된다면, 이 모델의 특정한 결합 구조는 향후 LHC 실험에서 명확한 검증 가능한 서명을 제공한다.