[논문 리뷰] Phenomenological constraints on universal extra dimensions at LHC and electroweak precision test

Takuya Kakuda, Kenji Nishiwaki외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 11인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHC 힉스 신호 강도 데이터와 전자약력 정밀 측정을 통해 S 및 T 매개변수를 이용해 보편적 추가 차원(UED) 모형에서 칼루차-클라인(KK) 스케일을 제약한다. 최소 5차원 UED 모형은 LHC 기준 650 GeV 이하, S,T 분석 기준 700 GeV 이하에서 배제되며, 다양한 단순화된 다각형에서의 6차원 UED 모형은 LHC 기준 850–1350 GeV, S,T 기준 900–1500 GeV 사이의 KK 스케일 제약을 받는다. 후자의 제약이 略히 더 엄격하다.

ABSTRACT

We show two types of bounds on five- and six-demensional universal extra dimension (UED) models from the latest results of the Higgs search at the LHC and of the electroweak precision data for the S and T parameters. The UED models on which we put lower bounds are the minimal UED model in five dimensions and the six dimensional ones. The highest possible ultraviolet cutoff scale for each UED model is evaluated from the vacuum stability of the Higgs potential by solving the renormalization group equation of the Higgs self coupling. The bounds on the KK scale in the minimal UED model is 650 GeV from the LHC results and 700 GeV from the S, T analysis at the 95% confidence level, while those in the several 6D UED models are from 850 GeV to 1350 GeV (Higgs search) and from 900 GeV to 1500 GeV (S,T analysis).

연구 동기 및 목표

• 최신 LHC 힉스 신호 강도 데이터를 이용해 보편적 추가 차원(UED) 모형에서 칼루차-클라인(KK) 스케일에 대한 현상학적 제약을 도출하기 위해.
• 5D 및 6D UED 모형에서 S 및 T 매개변수를 통한 전자약력 정밀 측정 제약을 평가하기 위해.
• 렌ormalization group equation(RGE) 분 析를 통해 힉스 포텐셜의 진공 안정성을 확보함으로써 각 UED 모형의 최고 가능한 고에너지(UV) 截斷 스케일을 결정하기 위해.
• 다양한 6D UED 단순화에서 힉스 신호 탐색과 전자약력 정밀 데이터의 제약 강도를 비교하기 위해.
• T²/Z₂, T²/Z₄, S², RP² 및 프로젝티브 구면을 포함한 여러 6D UED 모형의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• LHC에서의 힉스 신호 강도는 글루온 융합을 통한 힉스 생성 및 γγ, ZZ, WW 최종 상태로의 붕괴에 대한 UED와 표준모형(SM)의 횡단단면적 비율을 이용해 계산된다.
• Loop 유도 힉스 붕괴 및 생성 진폭은 상위 쿼크 및 게이지 보손의 KK 진동자에 의해 수정되며, 효과적 루프 함수 J^SM 및 J^KK를 통해 계산된다.
• S 및 T 매개변수는 KK 입자 기여를 통해 계산되며, 고에너지 근처의 UV 截斷 스케일 근처의 질량 캘리브레이션 및 임계 효과 보정을 포함한다.
• UV 截斷 스케일은 힉스 자기상호작용의 RGE를 해결함으로써 진공 안정성을 확보함으로써 결정된다.
• 예측된 S 및 T 값과 실험 데이터에 대한 글로벌 피팅(S = 0.05 ± 0.09, T = 0.08 ± 0.07)을 95% 신뢰수준에서 비교함으로써 제약 조건을 유도한다.
• 분석에는 최소 5D UED 및 T²/Z₂, T²/(Z₂×Z′₂), T²/Z₄, S², S²/Z₂, RP² 및 프로젝티브 구면에 대해 단순화된 다수의 6D UED 모형이 포함된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최소 5D UED 모형에서 LHC 힉스 신호 강도 측정을 통해 95% 신뢰수준에서 KK 스케일의 하한은 얼마인가?
• RQ2 6D UED 모형에서 전자약력 정밀 측정을 통한 S 및 T 매개변수 제약은 LHC 힉스 신호 탐색 제약과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ3 T²/Z₂, T²/Z₄, S², RP² 및 프로젝티브 구면에 대해 단순화된 6D UED 모형의 모형별로 KK 스케일의 제약 범위는 무엇인가?
• RQ4 UED 모형에서 KK 상위 쿼크, 게이지 보손 및 힉스 보손 기여는 S 및 T 매개변수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 Higgs 신호 강도 또는 전자약력 정밀 데이터 중 어느 쪽이 UED 모형의 KK 스케일에 더 엄격한 제약을 제공하는가?

주요 결과

• 최소 5D UED 모형은 LHC 힉스 신호 강도 데이터를 바탕으로 95% 신뢰수준에서 650 GeV 이하에서 배제된다.
• 동일한 모형은 S 및 T 매개변수 측정을 통해 제약받을 경우 95% 신뢰수준에서 700 GeV 이하에서 배제된다.
• T²/Z₂, T²/(Z₂×Z′₂), T²/Z₄, S², S²/Z₂, RP² 및 프로젝티브 구면에 대해 단순화된 6D UED 모형은 힉스 신호 탐색을 통해 850–1350 GeV 범위의 KK 스케일 제약을 받는다.
• S 및 T 매개변수 분석은 略히 더 엄격한 제약을 제공하며, 6D UED 모형 전반에 걸쳐 900–1500 GeV 이하의 KK 스케일이 배제된다.
• 현재 데이터 기준 전자약력 정밀 데이터의 제약이 힉스 신호 강도 제약보다 略히 더 엄격하며, 향후 LHC 데이터는 이 경향을 뒤바꿀 수 있다.
• 각 UED 모형의 최고 UV 截斷 스케일은 힉스 자기상호작용의 RGE 분 析를 통해 힉스 포텐셜의 진공 안정성에 의해 결정된다.