[논문 리뷰] New Bound States of Top-anti-Top Quarks and T-balls Production at Colliders (Tevatron, LHC, etc.)

C.D. Froggatt, Л. В. Лаперашвили외 3명|ArXiv.org|2008. 04. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 표준모형 내에서 힉스 보손과의 강한 토큰 쿼크 요하다 상수 결합에 의해 유도되는, 토큰 및 반토큰 쿼크의 새로운 유한 상태인 T-balls의 존재를 제안한다. b-쿼크로 대체된 T-balls의 가장 가벼운 질량은 약 300–400 GeV로 추정되며, 대칭상과 T-balls 응축상 사이의 상전이에서 임계 요하다 상수 $ g_t \approx 1 $을 예측하여 테바트론과 LHC에서 검출 가능한 서명을 유도한다.

ABSTRACT

The present talk is based on the assumption that New Bound States (NBSs) of top-anti-top quarks (named T-balls) exist in the Standard Model (SM): a) there exists the scalar 1S - bound state of 6t+6\bar t - the bound state of 6 top-quarks with their 6 anti-top-quarks; b) the forces which bind these top-quarks are very strong and almost completely compensate the mass of the 12 top-anti-top-quarks forming this bound state; c) such strong forces are produced by the interactions of top-quarks via the virtual exchange of the scalar Higgs bosons having the large value of the top-quark Yukawa coupling constant g_t\simeq 1. Theory also predicts the existence of the NBS 6t + 5\bar t, which is a color triplet and a fermion similar to the t'-quark of the fourth generation. We have also considered "b-replaced" NBSs: n_b b + (6t + 6\bar t - n_b t) and n'_b b + (6t + 5\bar t - n'_b t), etc. We have estimated the masses of the lightest "b-replaced" NBS: M_{NBS}\simeq (300 - 400) GeV, and discussed the larger masses of the NBSs. We have developed a theory of the scalar T-ball's condensate, and predicted the existence of the three SM phases, calculating the top-quark Yukawa coupling constant at the border of two phases (with T-ball's condensate and without it) equal to: g_t \approx 1. The searching for the Higgs boson H and T-balls at the Tevatron and LHC is discussed.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 내에서 6개의 토큰 쿼크와 6개의 반토큰 쿼크로 구성된 새로운 유한 상태(T-balls)의 존재를 조사하는 것.
• 토큰 쿼크 요하다 상수와 힉스 매개 상호작용을 고려하여, b-쿼크로 대체된 T-balls의 질량을 추정하는 것.
• T-balls 응축에 의해 유도되는 표준모형의 상전이를 탐색하고 임계 요하다 상수를 결정하는 것.
• collider 실험을 통해 테바트론과 LHC에서 T-balls를 탐지할 수 있는 가능성 평가하는 것.
• T-balls 형성의 전자약력 대칭 붕괴 메커니즘과 힉스 보손 탐색에 미치는 영향을 분석하는 것.

제안 방법

• 6개의 토큰 쿼크와 6개의 반토큰 쿼크($6t + 6\bar{t}$)로 구성된 스칼라 1S 유한 상태가 큰 요하다 상수 $g_t \simeq 1$로 가상의 힉스 보존 교환에 의해 안정화된다고 가정한다.
• 표준모형 내에서 T-balls 응축과 상의 구조를 기술하기 위해 효과적 장 이론 기법을 적용한다.
• 자기 대칭 붕괴와 T-balls 형성의 기술을 위해 $\mu^2 < 0$ 조건을 갖는 힉스 포텐셜 $V(\varphi) = \mu^2 \varphi^\dagger \varphi + \lambda (\varphi^\dagger \varphi)^2$ 를 사용한다.
• T-balls 응축이 발생하는 상경계에서 토큰 쿼크 요하다 상수를 계산하여 $g_t \approx 1$을 도출한다.
• 일부 토큰 쿼크를 b-쿼크로 대체하여 b-재배치된 T-balls의 질량을 추정하여 $M_{\text{NBS}} \simeq (300-400)$ GeV의 결과를 얻는다.
• 붕괴 서명과 전하 다중도를 분석하여 collider에서의 탐지 채널을 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 요하다 상수 결합으로 인해 표준모형 내에서 안정된 토큰-반토큰 쿼크 유한 상태(T-balls)가 존재할 수 있는가?
• RQ2 일부 토큰 쿼크가 b-쿼크로 대체된 경우 가장 가벼운 T-balls 상태의 질량은 얼마인가?
• RQ3 T-balls 응축 상으로의 상전이가 발생하는 토큰 쿼크 요하다 상수의 값은 얼마인가?
• RQ4 테바트론과 LHC에서 양성자-반양성자 및 양성자-양성자 충돌에서 T-balls의 검출 가능한 서명은 무엇인가?
• RQ5 T-balls 형성은 전자약력 대칭 붕괴 메커니즘과 힉스 보손 현상학에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• b-재배치된 T-balls 상태 중 가장 가벼운 상태의 질량 추정치는 $ M_{\text{NBS}} \simeq (300-400) $ GeV이다.
• 대칭상과 T-balls 응축상 사이의 상전이에서 임계 토큰 쿼크 요하다 상수는 $ g_t \approx 1 $이다.
• $6t + 5\bar{t}$ 상태의 존재가 예측되며, 이는 색 쿼크 트리플릿이며 제4세대의 페르미온적 t'-쿼크처럼 행동한다.
• T-balls는 가상의 힉스 보존을 통해 매개되는 강한 상호작용에 의해 안정화되며, 힉스 결합 $ g_t \simeq 1 $ 이 중심적인 역할을 한다.
• 이 모델은 표준모형 내에서 세 가지의 구분 가능한 상을 예측하며, 상전이의 특징은 T-balls 응축의 시작을 나타낸다.
• T-balls는 고다중도 제트, 부족 에너지, 그리고 토큰-유사 쿼크와 b-쿼크를 포함하는 특정 붕괴 위상도를 통해 테바트론과 LHC에서 검출 가능할 수 있다.