[논문 리뷰] Stueckelberg Axions and Anomalous Abelian Extensions of the Standard Model

Simone Morelli|ArXiv.org|2009. 07. 22.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 스트링 이론 오리엔티폴드 진공에서 유도된 이론적 동기를 가진 이종 U(1) 보존 확장에서, 이종성 보존을 위한 Stueckelberg 보조입자와 함께, 보조입자 유사 성질을 가진 물리적 편성자(보조-히긴스)를 포함하는 표준모형을 연구한다. LHC에서의 게이지 진폭을 분석하여 Drell-Yan 및 즉시 이중광자 과정이 억제됨을 보이며, Wess-Zumino 유형의 이종성 보존 메커니즘에서 비국소 보정항에 관련된 단위성 한계를 설정한다.

ABSTRACT

This thesis work analyzes basic field theoretical aspects of a class of models motivated by orientifold vacua of string theory and some of their phenomenological applications at the Large Hadron Collider. They extend the gauge structure of the Standard Model by anomalous extra U(1) symmetries, which involve Stuckelberg axions for anomaly cancellation and are accompanied by Chern-Simons interactions. In particular, these effective actions are characterized by a physical pseudoscalar (the axi-Higgs) in the CP-odd spectrum, which has the properties of a generalized Peccei-Quinn axion, with independent mass and couplings to the gauge fields. Amplitudes mediated by anomalous gauge interactions are studied at the new collider in some specific channels such as Drell-Yan and double prompt-photon and shown to be small. Finally, we address the problem of the relation between the Green-Schwarz and the Wess-Zumino mechanism(s) for anomaly cancellations in effective lagrangeans involving anomalous gauge interactions, with their gauge symmetry restored either with local or non-local counterterms and identify some unitarity bounds in the Wess-Zumino case. These are due to the presence of anomaly poles in scattering amplitudes mediated by the anomaly (BIM amplitudes) and whose cancellation requires necessarly non-local counterterms. While the axi-Higgs appears in the Wess-Zumino case, two axion-like particles are needed for the cancellation of the gauge anomalies at all scales, one of them being a ghost.

연구 동기 및 목표

• 스트링 이론 오리엔티폴드 진공에서 기인한 이론적 동기를 가진 이종 U(1) 보존 확장의 양자장론적 측면을 탐구하기 위해.
• Chern-Simons 상호작용를 통해 Stueckelberg 보조입자가 게이지 이종성을 어떻게 보상하는지 분석하기 위해.
• Drell-Yan 및 이중광자 생성과 같은 고에너지 충돌 과정에서 보조-히긴스 입자의 현상학적 신호를 연구하기 위해.
• 이종 게이지 대칭이 있는 효과적 라그랑지안에서 Green-Schwarz와 Wess-Zumino 메커니즘의 상호작용을 명확히 하기 위해.
• 이종성 다항식의 다항식 극점에서 기인한 산란 진폭에서 유도되는 단위성 한계와 비국소 보정항의 필요성을 도출하기 위해.

제안 방법

• 이종 U(1) 게이지 대칭을 가진 효과적 장 이론을 구성하며, Chern-Simons 항을 통해 Stueckelberg 보조입자와 결합한다.
• 독립된 질량과 게이지 결합 상수를 가진 물리적 편성자(보조-히긴스)를 도입하며, 이는 일반화된 Peccei-Quinn 보조입자로 작용한다.
• 이종 게이지 상호작용를 통해 매개되는 Drell-Yan 및 이중 즉시광자 과정의 산란 진폭을 계산한다.
• 국소 및 비국소 보정항을 사용하여 이종성 보존을 분석하며, Green-Schwarz와 Wess-Zumino 메커니즘을 비교한다.
• Wess-Zumino 접근법에서 이종성 매개 진폭의 극점으로 인해 발생하는 단위성 제약 조건을 규명한다.
• 모든 에너지 스케일에서 이종성 보존을 위해 두 개의 보조입자 유사 입자가 필요하며, 그 중 하나는 가짜 상태임을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Stueckelberg 보조입자는 이종 U(1) 보존 확장에서 어떻게 이종성 보존을 매개하는가?
• RQ2 Drell-Yan 및 이중광자 생성과 같은 LHC 과정에서 보조-히긴스 입자의 현상학적 서명은 무엇인가?
• RQ3 이종 게이지 대칭이 있는 효과적 라그랑지안에서 Green-Schwarz와 Wess-Zumino 메커니즘은 어떻게 비교되는가?
• RQ4 Wess-Zumino 접근법에서 이종성 매개 진폭에서 유도되는 단위성 한계는 무엇인가?
• RQ5 왜 모든 에너지 스케일에서 일관된 이종성 보존을 위해 두 개의 보조입자 유사 입자(가짜 상태 포함)가 필요할까?

주요 결과

• 이종 게이지 상호작용를 통해 매개되는 Drell-Yan 및 이중 즉시광자 과정의 진폭은 LHC에서 작게 나타난다.
• 보조-히긴스 입자는 독립된 질량과 게이지 결합 상수를 가진 일반화된 Peccei-Quinn 보조입자로 행동하며 힉스 보손과는 다릅니다.
• Wess-Zumino 메커니즘에서 단위성 한계는 이종성 매개 진폭(BIM 진폭)의 극점에서 기인하며, 비국소 보정항이 필요하다.
• 모든 스케일에서의 이종성 보존은 두 개의 보조입자 유사 입자를 필요로 하며, 그 중 하나는 물리적 편성자(보조-히긴스)이고 다른 하나는 가짜 상태이다.
• 산란 진폭에 존재하는 이종성 극점은 Wess-Zumino 프레임워크에서 일관성을 확보하기 위해 비국소 보정항의 사용을 강제한다.
• Green-Schwarz와 Wess-Zumino 메커니즘은 관련되어 있지만 서로 다른 것으로 밝혀졌으며, 후자는 단위성을 유지하기 위해 비국소 항이 필요하다.