[논문 리뷰] New Physics at the Tevatron and the LHC May Relate to Dark Matter Visible in UHE Cosmic Rays

Alan R. White|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 QCD 내에서 두 종류의 색 섭승 쿼크 세그먼트가 여러 고에너지 현상을 설명할 수 있다고 제안한다: 어둠의 섭승 중성자(뉴소스)로 간주되는 초고에너지 우주선, LHC/테바트론에서의 Z-쌍 및 토프 쿼크 생성 이상 현상, 그리고 힉스 보손 없이도 전자약 대칭 붕괴를 설명한다. 핵심 기여는 모든 입자가 동적으로 질량을 가진 결합 상태임을 가정하는 통합 프레임워크인 양자 룬오/통합/유일/단위/기초 역학(QUD)이며, 이는 기본 질량 매개변수 없이 등각성이고 애너멀리드라이브된 S-행렬에서 표준모형이 유도된다는 것이다.

ABSTRACT

A two flavor color sextet quark sector added to QCD yields the {\it uniquely} unitary Critical Pomeron at high energy while also producing electroweak symmetry breaking. In this paper it is argued that a number of experimental phenomena in Cosmic Ray and hadron collider physics can be interpreted as evidence for the sextet sector. These phenomena include (1) Top quark production is via the eta_6 sextet quark pseudoscalar resonance - interference with the background will produce an asymmetry. (2) Longitudinal Z pairs, produced as sextet pions, provide a high mass excess cross-section that includes the eta_6 at the t-tbar threshold mass. Combining the sextet sector and the electroweak interaction without short-distance anomalies requires QUD - a unique underlying weak coupling massless SU(5) gauge theory. Remarkably, it appears that the Standard Model might be reproduced (in a radical conceptual change) by the QUD bound-state S-Matrix. Infra-red divergent gauge bosons coupled to massless fermion anomalies produce a "wee parton vacuum" that confines the elementary fermions. All S-Matrix particles have dynamically generated masses, with sextet baryons as the only new particles - beyond the Standard Model. Anomaly color factors produce large sextet amplitudes and there is no Higgs boson.

연구 동기 및 목표

• 초고에너지 우주선, 테바트론, LHC 데이터에서 관측된 이면 현상을 두 종류의 색 섭승 쿼크 세그먼트를 가진 QCD 내에서 설명하기 위해.
• 고에너지 우주선 물리학과 고광도 충돌기 물리학 간의 갈등을 해결하기 위해 강력 상호작용과 전자약 상호작용을 새로운 기초 이론을 통해 통합하기 위해.
• 표준모형의 힉스 철학을 도전하기 위해 힉스 유사 역할을 하는 $η_{6}$ 준가역 레조넌스가 동적 질량 생성을 통해 QUD에 의해 수행된다고 제안하기 위해.
• 단거리 물리학이나 힉스 보손 없이도 전자약 대칭 붕괴와 토프 쿼크 생성을 위한 메커니즘을 제공하기 위해.
• 기본 질량 매개변수와 단거리 발산을 피하는 결합 상태 S-행렬 프레임워크를 통해 QCD와 전자약 상호작용을 통합하기 위해.

제안 방법

• QCD에 두 종류의 색 섭승 쿼크 세그먼트를 도입하여 임계 포미론을 생성하고 고에너지 단위성 산란을 가능하게 한다.
• 양자 룬오/통합/유일/단위/기초 역학(QUD)—무질량 SU(5) 게이지 이론—을 제안하며, 적외수렴 발산 게이지 보손과 무질량 페르미온 애너멀리를 포함한다.
• S-행렬 형식을 사용하여 라그랑지안 질량 매개변수 없이도 모든 입자, 특히 중성자와 섭승 바리온의 동적 질량을 유도한다.
• 레지온 다이어그램 기법을 적용하여 고에너지 진폭을 모델링하며, 섭승 세그먼트에서 기인한 삼중 포미론 결합이 소형-$p_{\perp}$, 고다중도 사건을 강화한다.
• 톱 쿼크 생성을 $η_{6}$ 준가역 레조넌스 상태의 붕괴로 모델링하며, 진폭에서 간섭 유도 비대칭성을 포함한다.
• 비추상적 보정을 사용하여 포함형 Z-쌍 및 W-쌍 단면적을 분석하며, 특히 $t\bar{t}$ 임계점 근처에서 $η_{6}$ 레조넌스를 탐사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 우주선 스펙트럼의 무릎 현상은 섭승 중성자 및 섭승 양성자 생성 임계점에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 LHC에서 관측된 소형-$p_{\perp}$, 고다중도 사건의 증폭 현상은 섭승으로 기인한 삼중 포미론 결합에 기인하는가?
• RQ3 LHC 데이터에서 관측된 Z-쌍 및 W-쌍 과잉 현상은 $η_{6}$ 준가역 레조넌스 및 그 붕괴 모드에 기인하는가?
• RQ4 톱 쿼크 생성은 $η_{6}$ 레조넌스에 의해 매개되며, 진폭에서 측정 가능한 간섭 비대칭성이 존재하는가?
• RQ5 힉스 보손의 부재는 QUD와 섭승 역학을 통해 전자약 대칭 붕괴와 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 우주선 스펙트럼의 무릎 현상은 입사 섭승 중성자 및 섭승 세그먼트 내에서의 양성자 생성에 대한 임계점 효과로 해석된다.
• LHC에서의 고다중도, 소형-$p_{\perp}$ 사건은 섭승으로 기인한 삼중 포미론 결합에 의해 설명되며, 이는 소형-$p_{\perp}$ 역학을 지배한다.
• 고질량에서의 종방향 Z-쌍 생성은 섭승 파이온에 기인하며, $t\bar{t}$ 임계점에서 $η_{6}$ 상태에 의한 레조넌스를 포함한 단면적이 존재한다.
• 증가된 W-쌍 생성은 W+ 디젯 단면적 과잉을 유도하며, 직접적인 실험적 서식을 제공한다.
• 톱 쿼크 생성은 $η_{6}$ 준가역 레조넌스와 QCD 배경 간의 간섭을 통해 설명되며, 측정 가능한 비대칭성을 유도한다.
• 초기 ATLAS 제트 단면적 데이터는 $p_{\perp} \sim m_{top}$ 이상에서 잠재적 과잉을 보이며, 이는 섭승 세그먼트가 토프 질량 스케일에서 역학에 참여하고 있음을 일치시킨다.