[논문 리뷰] Why Unparticle Models with Mass Gaps are Examples of Hidden Valleys

Matthew J. Strassler|ArXiv.org|2008. 01. 04.

Landslides and related hazards인용 수 77

한 줄 요약

이 논문은 질량 간극이 있는 언파티클 모형이 은신 골짜기 모형과 물리적으로 동일시됨을 보여주며, 그들의 가장 두드러진 LHC 서명—다체 끝상태, 이격된 쇼트 트랙, 강화된 파arton 샤워—이 단지 언파티클 보편자가 아니라 강한 동역학과 등각 대칭의 붕괴에서 기인함을 드러낸다. 주요 기여는 독립적이고 눈에 보이는 붕괴 체인이 일반적으로 포함된 언파티클 방법에서 간과되는 바람에, 이 모형의 현상학에서 지배적인 역할을 한다는 것을 보여주는 데 있다.

ABSTRACT

Hidden valleys, hidden sectors with multi-particle dynamics and a mass gap, can produce striking and unusual final states at the LHC. Unparticle models, hidden-sectors with conformal dynamics and no (or a very small) mass gap, can result in unusual kinematic features that indirectly reflect the conformal dynamics. When sufficiently large mass gaps are added to unparticle models, they become hidden valley models. Predictions using unparticle propagators alone overlook the most striking signals, which are typically of hidden-valley type. Inclusive signatures often cannot be predicted from unparticle dimensions, and exclusive signatures are often visible and can be spectacular. Among possible signatures are: Higgs decays to pairs of particles that in turn decay to two quarks, leptons or gauge bosons, possibly with displaced vertices; Higgs, top, and neutralino decays to more than six particles; resonances below an ``unparticle'' continuum which produce multi-body final states; etc. The Stephanov model is deconstructed, reconstructed, and shown to be a hidden valley model. Some effects of strong dynamics on hidden valley observables, not predictable using unparticle methods, are discussed, including resonances, reduced flavor symmetry breaking, reduced supersymmetry breaking, and a strongly enhanced hidden parton shower.

연구 동기 및 목표

• 질량 간극이 있는 언파티클 모형과 은신 골짜기 모형 사이의 물리적 동치성을 명확히 하기.
• 일반적으로 언파티클 연구에서 간과되는 독립적이고 눈에 보이는 붕괴 과정—은신 골짜기 모형에서 지배적인 현상학적 신호임을 주장하기.
• 등각 대칭 붕괴와 강한 동역학이 질량 간극 근처의 현상학을 어떻게 결정하는지 강조하기.
• 은신 세분의 물리가 보이지 않는다는 가정을 도전하며, 힉스 및 기타 입자들이 은신 골짜기 입자로 붕괴할 수 있으며, 이는 뚜렷하고 눈에 띄는 신호가 될 수 있음을 보여주기.
• 은신 세분을 연구할 때 독립적이고 포함된 접근법을 융합할 것을 주장하며, 강한 동역학과 파톤 샤워 효과의 중요성을 강조하기.

제안 방법

• 스테파노프 모형을 은신 골짜기 모형으로 재구성하여 질량 간극을 포함한 언파티클 이론과의 동치성을 입증하기.
• 질량 간극 근처의 현상학을 결정하는 언파티클 보편자의 허수부와 자기 상호작용의 역할 분석하기.
• 효과적 장 이론과 등각 대칭 붕괴를 사용하여 질량 간극 이상의 동역학을 모델링하고, 이러한 효과가 언파티클 스케일링보다 지배적임을 보여주기.
• HVMC를 사용해 고다중도 사건을 시뮬레이션하여 강한 결합에 기인한 구형 위상도, 높은 제트 다중도, 낮은 횡운동량 스펙트럼의 특징을 설명하기.
• 포함된 언파티클 운동량과 독립적인 은신 골짜기 붕괴 체인을 비교하여 언파티클 방법이 실패하는 지점 파악하기.
• ‘질량 레지’ 개념 도입—은신 세분 내에서 붕괴가 불가능한 영역—로 인해 SM으로의 붕괴가 강제되며, 이는 관측 가능한 신호를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 질량 간극이 있는 언파티클 모형이 은신 골짜기 현상학으로 더 자연스럽게 기술되는가?
• RQ2 등각 대칭 붕괴와 강한 동역학은 질량 간극이 있는 언파티클 모형의 현상학을 어떻게 형성하는가?
• RQ3 왜 독립적 붕괴 과정—예를 들어 힉스가 다수의 은신 골짜기 입자로 붕괴하는 것—이 포함된 언파티클 서명보다 더 중요한가?
• RQ4 강한 결합 효과, 예를 들어 큰 비정상 차원 등은 은신 골짜기 모형에서 파톤 샤워를 어떻게 강화하고 사건 위상을 어떻게 변화시키는가?
• RQ5 현재의 언파티클 방법이 이러한 모형에서 지배적인 LHC 서명을 얼마나 잘 예측할 수 있으며, 언제 실패하는가?

주요 결과

• 질량 간극이 있는 언파티클 모형은 다체 동역학, 질량 간극, 표준모형과의 약한 결합을 특징으로 하여 은신 골짜기 모형과 물리적으로 동일하다.
• 독립적 끝상태—예를 들어 힉스가 다수의 입자로 붕괴하고, 그 후 그것들이 쿼크, 렙톤 또는 게이지 보손으로 붕괴하는 것—는 일반적으로 포함된 언파티클 신호보다 더 두드러지고 인상적인 경우가 많다.
• 은신 골짜기 입자가 장수하는 경우, 이격된 쇼트 트랙은 명확한 실험적 서명을 제공할 수 있으며, 특히 은신 세분에 강한 동역학이 존재할 경우 더욱 그렇다.
• 강한 결합이 있는 은신 골짜기에서는 구형 위상도, 높은 제트 다중도, 낮은 $p_T$ 스펙트럼을 갖는 고다중도 사건이 예상되며, 이는 파톤 샤워의 강한 증폭을 나타낸다.
• 언파티클 보편자의 허수부와 상호작용(자기 상호작용 및 다른 연산자와의 상호작용)은 질량 간극 근처에서 지배적이 되며, 이는 현상학에 있어 필수적이다.
• 일부 언파티클 모형에서 흔히 볼 수 있는 은신 세분의 불투명성 가정은 종종 지나치게 낙관적이지 않다; 힉스 및 LSP의 은신 골짜기 입자로의 붕괴는 매우 눈에 띄게 보이고 특징적인 신호가 될 수 있다.