[논문 리뷰] Oblique corrections from less-Higgsless models in warped space

Hisaki Hatanaka|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 39인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 테르라-테르라 브레인에서의 디리클레 경계 조건을 질량 스케일 $M$로 매개변수화된 일반화된 루빈 경계 조건으로 대체하여 비히그스 없는 모델을 왜곡된 추가 차원에서 재검토한다. 1차 교정에서의 옹태적 $S$, $T$, $U$ 매개변수를 계산한 결과, 정밀도 제약 조건을 95% 신뢰수준에서 만족시키기 위해 첫 번째 칼루차-클라인 $Z'$ 보손은 8 테르라-전자볼트를 초과해야 하며, $R^{-1} = 10^8$ GeV일 경우 $M$는 70 기릴로전자볼트 이하여야 한다. 이 모델은 브레인에 국한된 질량 항이 힉스 진공 기대값을 모방할 수 있음을 시사하며, $HWW$, $HZZ$ 결합 및 KK 공진 상태에 대한 검증 가능한 예측을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The Higgsless model in warped extra dimension is reexamined. Dirichlet boundary conditions on the TeV brane are replaced with Robin boundary conditions which are parameterized by a mass parameter $M$. We calculate the Peskin-Takeuchi precision parameters $S$, $T$ and $U$ at tree level. We find that to satisfy the constraints on the precision parameters at $99 \%$ [$95 \%$] confidence level (CL) the first Kaluza-Klein excited $Z$ boson, $Z'$, should be heavier than 5 TeV [8 TeV]. The Magnitude of $M$, which is infinitely large in the original model, should be smaller than 200 GeV (70 GeV) for the curvature of the warped space $R^{-1}=10^{16}$ GeV ($10^{8}$ GeV) at $95\%$ CL. If the Robin boundary conditions are induced by the mass terms localized on the TeV brane, from the $99\%$ [$95\%$] bound we find that the brane mass interactions account for more than $97\%$ [$99\%$] of the masses of $Z$ and $W$ bosons. Such a brane mass term is naturally interpreted as a vacuum expectation value of the Higgs scalar field in the standard model localized on the TeV brane. If so, the model can be tested by precise measurements of $HWW$, $HZZ$ couplings and search for 1st Kaluza-Klein excited states.

연구 동기 및 목표

• 기존의 비히그스 없는 모델에서 발생하는 큰 옹태적 $S$ 및 $T$ 매개변수의 편차 문제를 해결하기 위해.
• 질량 스케일 $M$로 매개변수화된 일반화된 루빈 경계 조건이 옹태적 보정을 억제하면서도 전자약력 대칭 깨짐을 유지할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 95% 및 99% 신뢰수준에서 정밀 전자약력 데이터로부터 $Z'$ 보손 질량과 $M$ 매개변수에 대한 제약 조건을 도출하기 위해.
• 브레인에 국한된 질량 항이 표준 모형의 힉스 진공 기대값으로 해석될 수 있는지, 그리고 이를 통해 $HWW$, $HZZ$ 결합 및 $Z'$ 공진 상태 탐색에 대한 검증 가능한 예측을 가능하게 하는지 조사하기 위해.

제안 방법

• 원래의 디리클레 조건을 대체하기 위해 테르라 브레인에 루빈 경계 조건을 도입하며, 질량 스케일 $M$이 비히그스 없는 상태에서 대칭이 유지되는 상태로의 전이를 제어한다.
• 베셀 함수를 사용하고 파동함수 매칭을 적용하여 수정된 경계값 문제를 해결함으로써 $W$, $Z$, 그리고 광자 모드의 칼루차-클라인(KK) 질량 스펙트럼을 유도한다.
• 루빈 경계 조건으로부터 유도된 파동함수와 질량 스펙트럼을 사용하여, 트리 수준에서 페스킨-타케우치 $S$, $T$, $U$ 매개변수를 계산한다.
• W 및 Z 보손의 질량 구조를 분석하여, $M$이 감소함에 따라 브레인에 국한된 질량 항이 칼루차-클라인 운동량 기여보다 지배적임을 보여준다.
• 브레인 질량 항을 표준 모형의 힉스 진공 기대값으로 해석함으로써 $HWW$, $HZZ$ 결합 및 $Z'$ 공진 상태 탐색에 대한 예측을 가능하게 한다.
• LHC 런-1 및 런-2의 실험적 제약 조건을 적용하여 두 가지 곡률 스케일인 $R^{-1} = 10^{16}$ GeV 및 $10^8$ GeV에 대해 수치 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량 스케일 $M$으로 매개변수화된 루빈 경계 조건이 왜곡된 비히그스 없는 모델에서 옹태적 $S$, $T$, $U$ 매개변수에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 정밀 전자약력 제약 조건을 95% 및 99% 신뢰수준에서 만족시키기 위해 필요한 $Z'$ 보손 질량의 하한은 얼마인가?
• RQ3 옹태적 매개변수에 대한 실험 제약 조건을 만족시키기 위해 $M$ 매개변수는 어느 정도까지 클 수 있는가?
• RQ4 M이 감소함에 따라 브레인에 국한된 질량 항이 W 및 Z 보손 질량에 기여하는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 이 모델에서 브레인 질량 항을 자연스럽게 힉스 진공 기대값으로 해석할 수 있으며, 그로 인해 발생하는 검증 가능한 현상학적 결과는 무엇인가?

주요 결과

• 정밀도 제약 조건을 만족시키기 위해 첫 번째 칼루차-클라인 $Z'$ 보손은 99% 신뢰수준에서 5 테르라-전자볼트 이상, 95% 신뢰수준에서 8 테르라-전자볼트 이상이어야 한다.
• 95% 신뢰수준에서 $R^{-1} = 10^{16}$ GeV일 경우 $M$은 200 기릴로전자볼트 이하, $R^{-1} = 10^8$ GeV일 경우 70 기릴로전자볼트 이하여야 옹태적 매개변수 제약 조건을 충족한다.
• 99% 신뢰수준에서 $R^{-1} = 10^{16}$ GeV일 경우 브레인 질량 상호작용이 W 및 Z 보손 질량의 97% 이상을 차지하며, 95% 신뢰수준에서는 99% 이상으로 증가한다.
• 브레인에 국한된 질량 항을 통해 힉스 유사 메커니즘을 실현하며, 이를 표준 모형의 힉스 진공 기대값으로 해석할 수 있어 $HWW$ 및 $HZZ$ 결합에 대한 검증 가능한 예측이 가능하다.
• $M$ 매개변수는 $Z'$ 질량과 반비례한다: $M$이 작을수록 $Z'$ 질량이 커지고, 옹태적 보정은 작아진다.
• $R^{-1} = 10^8$ GeV에서 $M \lesssim 70$ 기릴로전자볼트일 경우 모델은 유지 가능하며, $Z'$ 질량이 8 테르라-전자볼트 이상이므로 현재의 LHC 제약 조건과 일치한다.