[논문 리뷰] Z<sup>′</sup> s and sterile neutrinos from heterotic string models: exploring Z<sup>′</sup> mass exclusion limits

Alon E. Faraggi, Marco Guzzi|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 74인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 텔레톤 스케일의 Z′ 보손에 대한 쿠르티스의 붕괴 비율과 LHC 배제 한계에 어떻게 무색 중성미오가 영향을 미치는지 조사한다. Z′의 무색 중성미오로의 붕괴 비율을 표준 Z′ 모델과 비교함으로써, 저자들은 무색 중성미오가 쿠르티스 서명을 상당히 변화시켜 특정 매개변수 조건 하에서 현재 질량 배제 한계를 최대 20% 감소시킬 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We investigate the impact of sterile neutrinos on the decay rate of extra Z′s with mass in the TeV range in heterotic string derived models. We explore the impact of sterile neutrinos on the current Z′ mass exclusion limits at the LHC, and how these bounds change when the parameter space of this specific class of models is modified.

연구 동기 및 목표

• 무색 중성미오가 텔레톤 스케일의 이질적 스트링 유도 모델에서 Z′ 붕괴 비율에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 무색 중성미오의 존재가 Z′ 보손에 대한 LHC의 현재 배제 한계를 어떻게 수정하는지 평가하기 위해.
• 이러한 모델의 매개변수 공간을 분석하고, 변화가 Z′ 현상학에 미치는 영향를 결정하기 위해.
• 무색 중성미오 유무에 따라 Z′ 붕괴 비율을 비교하고, 쿠르티스 서명에 집중하기 위해.

제안 방법

• 낮은 에너지로까지 붕괴되지 않은 U(1) 게이지 대칭을 가진 자유 페르미온 형식의 이질적 스트링 모델을 사용한다.
• 중성 게이지 부문을 구성하고, 로테이션 행렬을 통해 Z′과 표준모형 Z 사이의 혼합을 계산한다.
• 질량 고유상태와 결합 상수를 결정하기 위해, CP-짝성, CP-홀드, 그리고 양성자 힉스 성분을 포함한 힉스 부문을 분석한다.
• 추가 U(1) 대칭에 대해 채워진 페르미온 상태로서 무색 중성미오를 도입하며, 진공 기대값(Vacuum Expectation Value, VEV) 붕괴를 통해 질량을 생성한다.
• 무색 중성미오 기여를 포함하여 W+W−, ZH0, H±H∓, W±H∓로의 Z′ 붕괴 비율을 계산한다.
• LHC에서의 쿠르티스 서명에 대한 현상학적 분석을 수행하며, 무색 중성미오 기여 유무에 따라 배제 한계를 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무색 중성미오는 이질적 스트링 모델에서 텔레톤 스케일의 Z′ 보손 붕괴 비율을 어떻게 변화시키는가?
• RQ2 무색 중성미오는 얼마나까지 현재 LHC의 Z′ 질량에 대한 배제 한계를 약화시키는가?
• RQ3 특히 무색 중성미오 존재 시, Z′와 SM Z 사이의 혼합은 모델의 매개변수 공간에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 무색 중성미오가 포함된 경우 Z′의 주요 붕괴 채널은 무엇이며, 기존의 Z′ 붕괴 패tern과 비교해보면 어떠한가?
• RQ5 무색 중성미오의 존재가 LHC에서 관측된 Z′ 배제 한계에 상당한 감소를 초래할 수 있는가?

주요 결과

• 무색 중성미오의 포함은 Z′의 눈에 보이지 않는 최종 상태로의 붕괴 비율을 증가시켜, 기존 붕괴 채널에서의 가시성을 감소시킨다.
• 특정 매개변수 조건 하에서, 증가된 눈에 보이지 않는 붕괴 모드로 인해 LHC의 Z′ 질량에 대한 배제 한계가 최대 20% 감소한다.
• 무색 중성미오가 활성 중성미오와 혼합 비율이 비제로이고 질량이 Z′ 질량 이하일 경우, Z′ 붕괴 폭에 상당한 기여를 한다.
• 모델은 U(1)A 전하의 추적 없음과 스펙트럼 내 16+16 및 10 표현의 수가 동일하도록 함으로써 U(1) 게이지 대칭의 이상 자유성을 유지한다.
• 무색 중성미오가 없는 경우, Z′이 두 개의 힉스 보손(H+H−)으로 붕괴하는 것은 W+W−나 ZH0 모드에 비해 억제되지만, 여전히 관련 있는 채널로 남아 있다.
• 무색 중성미오의 존재는 붕괴 비율의 재분포를 초래하며, 눈에 보이지 않는 붕괴 채널의 급격한 증가를 초래하여, 기존의 검색 방식에서 Z′ 신호를 가리킬 수 있다.