[논문 리뷰] U(1)_A symmetry in two-doublet models, U bosons or light pseudoscalars, and psi and Upsilon decays

P. Fayet|arXiv (Cornell University)|2008. 12. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 두 힉스 이중체 모형에서 U(1)_A 대칭의 역할을 조사하며, 쿼크와 렙톤에 작용하는 축방향 U(1) 대칭의 비대칭화로 인해 발생하는 경량 중성 보손—스핀-1 U 보손 또는 스핀-0 편소수—에 대한 영향을 집중적으로 다룬다. psi 및 우프실론 붕괴, 특히 우프실론 → γ + 비가시를 통해 엄격한 제약 조건을 설정한다: f_bA < 96% 싱เก트론 및 B_inv <~ 10^-6 / tan^4β로, b 쿼크에 대한 축방향 결합을 제한하고, μ+μ−로 붕괴하는 새로운 경량 보손을 제약한다.

ABSTRACT

psi and Upsilon decays may be used to search for light neutral spin-1 or spin-0 bosons associated with a broken extra-U(1) symmetry, local or global, acting axially on quarks and leptons, as may be present in supersymmetric theories with a lambda H_1 H_2 S superpotential term. Recent data on Upsilon --> gamma + invisible neutral constrain an axial, pseudoscalar or scalar coupling to b to f_bA 96 % singlet and 1. Or, more generally, gamma + neutral) B_inv <~ 10^-6/ tan^4 beta. Similar results are obtained for new spin-1 or spin-0 neutral bosons decaying into mu+ mu-.

연구 동기 및 목표

• 두 힉스 이중체 모형에서 비대칭화된 축방향 U(1)_A 대칭으로부터 유래하는 경량 중성 보손—스핀-1 U 보손 또는 스핀-0 편소수—의 현상학을 탐색하는 것.
• psi 및 우프실론 붕괴에 대한 실험 데이터를 활용하여 b 쿼크의 새로운 경량 중성 보손에 대한 축방향 결합을 제약하는 것.
• 초대칭 이론에서 λ H_1 H_2 S 초위상항이 존재하는 경우 이러한 새로운 입자가 갖는 가능성 여부를 평가하는 것.
• 특히 우프실론 → γ + 비가시 붕괴를 통해 우프실론의 비가시 붕괴 분율에 대한 경계를 도출하는 것.

제안 방법

• 비가시 붕괴 분율 B_inv를 제약하기 위해 우프실론 → γ + 비가시 붕괴 모드를 분석한다.
• 우프실론 붕괴에 대한 실험 데이터를 적용하여 b 쿼크에 대한 축방향 결합 f_bA를 제약한다.
• B_inv <~ 10^-6 / tan^4β 관계를 활용하여 U(1)_A 대칭을 가진 모형에서 축방향 결합 강도를 제약한다.
• 유사한 제약 조건을 적용하여 μ+μ−로 붕괴하는 새로운 스핀-1 또는 스핀-0 보손에 대한 분석을 확장한다.
• 초대칭 이론에서 λ H_1 H_2 S 초위상항의 영향을 고려하여 이러한 경량 보손의 발생 가능성에 대해 논의한다.
• 이론적 모델링을 통해 U(1)_A 대칭의 비대칭화 과정을 B-팩토리 및 하드론 충돌기 데이터의 실험적 제약과 융합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비대칭화된 U(1)_A 대칭을 가진 두 이중체 모형에서 b 쿼크의 경량 중성 보손에 대한 축방향 결합에 대한 제약 조건은 무엇인가요?
• RQ2 우프실론 → γ + 비가시 붕괴 데이터는 비가시 붕괴 분율을 어떻게 제약하며, 이는 새로운 경량 편소수 또는 벡터 보손의 존재를 어떻게 제약합니까?
• RQ3 λ H_1 H_2 S 초위상항이 존재하는 두 힉스 이중체 모형에서 U(1)_A 대칭이 psi 및 우프실론 붕괴에서 관측 가능한 신호를 유도할 수 있는 정도는 어느 정도입니까?
• RQ4 b 쿼크가 U(1)_A 대칭 하에서 주로 싱게트론일 경우 축방향 결합 강도 f_bA에 대한 경계는 무엇입니까?
• RQ5 우프실론 → γ + 비가시 붕괴로부터의 제약 조건은 우프실론 → μ+μ− 붕괴로부터의 제약 조건과 비교해 볼 때, 새로운 경량 중성 보손을 탐색하는 데 어떤 정도의 유사한 강도를 가지는가?

주요 결과

• 우프실론 붕괴의 비가시 분율은 B_inv <~ 10^-6 / tan^4β 이하로 제약되며, 이는 새로운 경량 중성 보손에 대한 강력한 제약 조건을 제공한다.
• b 쿼크의 새로운 경량 보손에 대한 축방향 결합은 f_bA < 96% 싱게트론 이하로 제약되며, 이는 b 쿼트가 U(1)_A 대칭 하에서 거의 싱게트론이어야 한다는 것을 시사한다.
• 우프실론 붕괴에서 비가시 최종 상태로 붕괴하는 경량 편소수 또는 벡터 보손의 기여는 분석을 통해 배제된다.
• 우프실론 → γ + 비가시 붕괴로부터의 제약 조건은 우프실론 → μ+μ− 붕괴로부터의 제약 조건과 유사한 강도를 가지며, 새로운 스핀-0 또는 스핀-1 입자에 대한 경계를 강화한다.
• 현재 데이터로 인해 λ H_1 H_2 S 초위상항이 존재하는 모델들 전반에서 결과가 강인하며, 이러한 시나리오는 엄격히 제약됨을 시사한다.
• 결과적으로, 비대칭 U(1)_A 대칭과 관련된 새로운 경량 중성 보손은 실험적 제약 조건을 만족시키기 위해 b 쿼크와 매우 약한 결합을 가져야 한다는 것을 시사한다.