[논문 리뷰] LHC Constraints on 3-3-1 Models

Camilo Salazar, Richard H. Benavides외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 47인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS 이론-전자 데이터를 사용하여 다양한 3-3-1 및 $E_6$-유도 모델에서 $Z^\prime$ 보손 질량에 대해 95% 신뢰수준 하한을 부여하며, 14, 30, 100 TeV까지의 에너지로 제약 조건을 외삽한다. 이는 이전에 문헌에 보고되지 않은 이색 렙톤 전하를 갖지 않는 3-3-1-유도 $Z^\prime$ 모델의 벡터 및 아кси얼 쿠플링을 처음으로 종합적으로 보고함으로써 LHC에서 모델 간의 구별을 향상시킨다.

ABSTRACT

The ATLAS detector data on di-lepton production is used in order to impose constraints on $Z^\prime$ boson masses associated with a variety of 3-3-1 and $E_6$ motivated $Z'$ models. Lower mass bounds for the different models are established at $95\%$ confidence level. Our numerical analysis is extrapolated up to 14~TeV, and further to 30~TeV and 100~TeV, for a broad range of luminosities. Some of our results can be compared with the ATLAS published bounds, being, for those cases, in fairly good agreement. We also report the vector and axial charges for all the 3-3-1-motivated $Z'$ models without exotic electric charges for leptons, known in the literature. To the best of our knowledge most of this charges were not reported before.

연구 동기 및 목표

• ATLAS 이론-전자 데이터를 사용하여 3-3-1 및 $E_6$-유도 모델의 $Z^\prime$ 보손 질량을 제약 조건화한다.
• LHC 제약 조건을 더 높은 중심질량 에너지(14, 30, 100 TeV)와 다양한 루미노시티로 확장한다.
• 이전에 문헌에 보고되지 않은 바와 같이, 이색 전하를 갖지 않는 3-3-1 모델에서 $Z^\prime$ 보손의 벡터 및 축성 쿠플링($g_{2V}, g_{2A}$)을 계산하고 보고한다.
• 다양한 $Z^\prime$ 모델에 대해 파rameter 공간을 배제하는 데 있어 LHC 이론-전자 데이터 또는 맛 변화 중성미수류(FCNC) 제약 조건 중 어느 것이 더 우세한지 평가한다.

제안 방법

• ATLAS 이론-전자 생성 데이터 분석을 통해 95% 신뢰수준에서 $Z^\prime$ 질량 한계를 도출한다.
• 이론적 스케일링과 루미노시티에 의존하는 민감도 추정치를 사용하여 결과를 더 높은 에너지(14, 30, 100 TeV)로 외삽한다.
• 3-3-1 모델에서 $SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 게이지 대칭을 기반으로 한 군 이론적 분석을 통해 $Z^\prime$ 보손이 SM 페르미온과의 쿠플링을 유도한다.
• 각 모델의 모든 페르미온 종류에 대해 벡터($g_{2V}$) 및 축성($g_{2A}$) 쿠플링을 계산하며, 쿠플링 강도를 표현하기 위해 $\delta$-파arameterization을 사용한다.
• 모델 예측을 출판된 ATLAS 제약 조건과 비교하여 분석 프레임워크의 타당성을 검증한다.
• 페르미온 구성과 전하 할당에 따라 3-3-1 모델을 A–H의 서로 다른 클래스로 분류하고, 각 클래스별 별도의 쿠플링 표를 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 이론-전자 데이터를 바탕으로 다양한 3-3-1 및 $E_6$-유도 모델에서 $Z^\prime$ 질량에 대한 95% 신뢰수준 하한은 무엇인가?
• RQ2 이 제약 조건은 100 TeV까지 증가하는 중심질량 에너지와 루미노시티에 따라 어떻게 스케일링되는가?
• RQ3 이색 전하를 갖지 않는 3-3-1 모델에서 $Z^\prime$ 보손의 SM 페르미온과의 벡터 및 축성 쿠플링은 무엇인가?
• RQ4 다양한 $Z^\prime$ 모델에 대해 파라미터 공간을 배제하는 데 있어 LHC 이론-전자 데이터 또는 FCNC 제약 조건 중 어느 것이 더 우세한가?

주요 결과

• 이 논문은 여러 3-3-1 및 $E_6$-유도 모델에 대해 새로운 95% 신뢰수준 하한을 도출하였으며, 겹치는 경우 출판된 ATLAS 제약 조건과 일치하는 결과를 보였다.
• 최소 3-3-1 모델(Pleitez-Frampton)의 경우, 고루미노시티 조건에서 14 TeV에서 $Z^\prime$ 질량 한계가 약 3.5 TeV로 도출되었으며, 에너지와 루미노시티가 증가함에 따라 증가함을 확인하였다.
• 이색 전하를 갖지 않는 모든 3-3-1-유도 $Z^\prime$ 모델에 대해 이전에 보고되지 않은 바와 같이, 벡터 및 축성 쿠플링($g_{2V}, g_{2A}$)이 처음으로 보고되었으며, 구체적인 표현식은 표 1–12에 제공되었다.
• 비일관된 $Z^\prime$ 쿠플링 패턴을 가지며 $\sqrt{1-4\sin^2\theta_W}$-의존성 쿠플링을 갖는 모델 H는 고에너지 LHC 운용에서 식별 가능한 고유한 구조를 보였다.
• 큰 $\delta$-파aram터 값을 가진 모델의 경우, 5 TeV 이하의 $Z^\prime$ 질량에서 LHC 이론-전자 채널이 FCNC보다 더 강력한 제약 조건을 제공하는 것으로 분석되었다.
• 결과는 모델 D, E, F의 $Z^\prime$ 쿠플링이 맛 비일관성을 크게 보이며, 향후 고정밀도 LHC 측정에서 탐지 가능할 수 있음을 시사한다.