[논문 리뷰] Interplay of vector-like top partner multiplets in a realistic mixing set-up

Giacomo Cacciapaglia, Aldo Deandrea외 4명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 다운 쿼크 혼합이 없는 현실적인 모형에서, 두 개의 벡터형 상대성 토퍼 페어 멀티플렛이 토퍼 쿼크 세그먼트와 혼합될 때의 현상학적 영향을 조사한다. 전자약력 정밀도 데이터와 LHC 제약 조건을 사용하여, 단일 멀티플렛 시나리오와 비교해 다중 멀티플렛 혼합이 질량과 혼합 각도에 대한 제약 조건을 크게 변화시킴을 보여주며, 정밀 전자약력 및 풍미 제약 조건을 유지하면서도 더 큰 혼합과 향상된 LHC 탐지 가능성 가능성을 허용한다.

ABSTRACT

The ATLAS and CMS collaborations at the LHC have performed analyses on the existing data sets, studying the case of one vector-like fermion or multiplet coupling to the standard model Yukawa sector. In the near future, with more data available, these experimental collaborations will start to investigate more realistic cases. The presence of more than one extra vector-like multiplet is indeed a common situation in many extensions of the standard model. The interplay of these vector-like multiplet between precision electroweak bounds, flavour and collider phenomenology is a important question in view of establishing bounds or for the discovery of physics beyond the standard model. In this work we study the phenomenological consequences of the presence of two vector-like multiplets. We analyse the constraints on such scenarios from tree-level data and oblique corrections for the case of mixing to each of the SM generations. In the present work, we limit to scenarios with two top-like partners and no mixing in the down-sector.

연구 동기 및 목표

• 다운 쿼크 혼합이 없는 현실적인 혼합 설정에서 두 개의 벡터형 상대성 토퍼 페어 멀티플렛 간의 상호작용을 연구하고, 풍미 제약 조건을 최소화한다.
• 다중 멀티플렛 혼합이 전자약력 정밀도 관측량(S, T 매개변수)과 고차원 제약 조건에 미치는 영향을 평가한다.
• 14 TeV에서 단일 벡터형 상대성 토퍼 쿼크 생성의 LHC 탐지 가능성에 이러한 혼합이 미치는 영향을 평가한다.
• 현재 LHC 및 전자약력 정밀도 데이터에서의 실험 제약 조건을 만족하는 매개변수 공간 영역을 규명한다.

제안 방법

• 허그스 두중우가 SM 쿼크와 결합할 수 있는 SU(2)L × U(1)Y 양자수를 가진 모든 가능한 두 벡터형 멀티플렛 조합을 분류한다.
• 다운 페어 미혼합 조건을 가진 두 토퍼 페어 시나리오의 질량 행렬을 구성하며, 주로 Y=+2/3인 토퍼 유형 및 혼합 전하 상태에 집중한다.
• 벡터형 페르미온을 포함한 루프 다이어그램을 사용하여 오블리크 보정(S 및 T 매개변수)을 평가하며, 좌우혼합 기여도를 모두 포함한다.
• 토퍼 유형, 바텀 유형, 그리고 이국적 전하 상태(예: X^{8/3}, Y^{-7/3})를 포함한 다양한 루프 다이어그램에서 T-매개변수 기여도를 계산하며, 자기에너지 Π_T^{LL}, Π_T^{LR}에 대한 명시적 표현을 제공한다.
• fermion 질량 및 혼합 각도의 고차원 제약 조건을 적용하고, 단일 벡터형 상대성 토퍼 쿼크 생성에 대한 LHC 제약 조건과 비교한다.
• 싱เก트-드ับ렛, 듀엣-트리플렛, 듀엣-듀엣 멀티플렛 조합을 포함한 여러 벤치마크 시나리오에서 수치 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 멀티플렛과 비교해 두 개의 벡터형 상대성 토퍼 페어 멀티플렛이 오블리크 S 및 T 매개변수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 전자약력 정밀도 데이터와 LHC 탐색 결과의 병합 제약 조건이 두 개의 벡터형 상대성 토퍼 페어의 질량과 혼합 각도에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 다운 섹터에서의 혼합 부재가 허용 가능한 매개변수 공간과 LHC 탐지 가능성 향상에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 단일 벡터형 페르미온을 가정하는 단순화 모델에서 유도된 제약 조건에 비해, 다중 멀티플렛 혼합 효과는 얼마나 제약 조건을 수정하는가?
• RQ5 전자약력 정밀도 및 LHC 제약 조건을 모두 만족하는 두 개의 벡터형 상대성 토퍼 페어 매개변수 공간 내의 타당한 영역은 어디인가?

주요 결과

• 두 개의 벡터형 상대성 토퍼 페어 멀티플렛 존재는 혼합 채널 간 간섭 효과로 인해 S 및 T 매개변수에 상당한 수정을 초래한다.
• 이국적 전하 상태(예: X^{8/3}, Y^{-7/3})를 포함한 루프에서 T-매개변수 기여도는 p²=0에서 대칭성 상쇄로 인해 0이 되며, 정밀도 관측량에 대한 영향이 감소한다.
• 두 토퍼 페어 멀티플렛을 포함하는 시나리오는 단일 멀티플렛 모델보다 더 큰 혼합 각도를 허용하여 LHC에서의 단일 생성 단면적을 증가시킨다.
• 고차원 제약 조건과 전자약력 정밀도 데이터(S, T)는 특히 혼합 각도가 크거나 질량이 일치할 경우 매개변수 공간을 강력히 제약한다.
• 고차원 제약 조건에서의 3σ 배제 영역(예: 혼합 각도에 대한 제약)은 전자약력 정밀도 제약 조건보다 상당히 작으며, 이는 많은 경우에서 전자약력 정밀도 데이터가 더 강력한 제약 조건을 제공함을 시사한다.
• 수치 결과에 따르면 듀엣-듀엣 및 듀엣-트리플렛 구성에서 전자약력 정밀도 제약 조건은 14 TeV에서 LHC 제약 조건보다 더 엄격하며, 특히 혼합 각도가 비영일 경우 더욱 그렇다.