[论文解读] A Half-Composite Standard Model at a TeV and Sin^2 theta_W

Savas Dimopoulos, David E. Kaplan|ArXiv.org|Mar 1, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 3

一句话总结

本文提出一个半复合标准模型，其中右手中微子因在约1 TeV能标附近的强耦合SU(2)R规范作用而成为复合费米子，而左手中微子则保持基本粒子性质。通过互补性与't Hooft anomaly匹配，该模型预测sin²θW ≈ 0.25，与实测值0.231一致，并展现出由12费米子瞬子过程导致的B和L数各破坏3单位的显著LHC信号。

ABSTRACT

We apply a recently proposed mechanism -- in which an SU(3) symmetry predicts the weak mixing angle -- to construct realistic theories with composite quarks and leptons at a TeV. Although the models are strongly coupled, they are reliably analyzed using complementarity and 't Hooft's anomaly matching. In the simplest models the right-handed fermions are composite, while the left-handed are elementary. Strong SU(2)_R forces give rise to 12-particle instanton-mediated processes. They violate baryon and lepton numbers by three units and result in spectacular multilepton and multijet events at the LHC. Models in which the leptons are in an SU(3)-triplet can be directly tested in muonium-antimuonium conversion experiments.

研究动机与目标

• 构建一个现实的复合费米子模型，其中右手中子和轻子在TeV能标下为复合态，而左手中子和轻子保持基本粒子性质。
• 通过SU(3)统一机制在TeV能标下实现sin²θW ≈ 0.25的预测，与实测值0.231在理论不确定度范围内一致。
• 通过希格斯相与束缚相之间的互补性确保模型的一致性，并利用't Hooft anomaly匹配进行验证。
• 识别实验信号，包括LHC中的12费米子瞬子过程以及三重态轻子模型中μ子素-反μ子素转换的敏感性。

提出的方法

• 引入一个SU(3)W规范对称性以统一电弱规范组，其中标量Σ位于SU(3)W的fundamental表示中，并在SU(2)L×U(1)Y下变换为双重态。
• 在~1 TeV能标实现强耦合的SU(2)R规范组，通过束缚形成复合右手中微子，同时保持与弱耦合希格斯相的互补性。
• 利用't Hooft anomaly匹配确保全局对称性在希格斯相与束缚相中一致实现，验证低能谱结构。
• 应用SU(3)统一机制在树图层次预测sin²θW = 0.25，通过规范耦合修正使其与实验值一致。
• 将SU(2)R瞬子识别为介导ΔB = ΔL = 3过程的维度18算符，导致高能碰撞中产生12费米子末态。
• 利用希格斯相描述推导出无质量复合费米子谱，通过希格斯相的更简单微扰分析，利用互补性实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在TeV尺度SU(2)R束缚的半复合模型中，通过SU(3)统一机制预测出正确的sin²θW ≈ 0.231？
• RQ2 尽管存在非微扰效应，如何可靠地分析SU(2)R规范组中的强相互作用动力学？哪些工具可确保一致性？
• RQ3 SU(2)R瞬子的关键实验信号是什么？它们与标准模型过程有何区别？
• RQ4 在轻子变换为SU(3)三重态的理论中，该模型能否通过μ子素-反μ子素转换进行检验？
• RQ5 t Hooft anomaly匹配条件在多大程度上约束了谱结构，并验证了复合费米子实现的正确性？

主要发现

• 该模型在树图层次通过SU(3)统一机制预测sin²θW ≈ 0.25，规范耦合修正使其与实测值0.231的偏差在百分之几以内。
• 由于强耦合，SU(2)R瞬子矩阵元较大，介导了B和L数各破坏3单位的12费米子过程，导致LHC中产生多喷注与多轻子末态。
• 来自四费米子算符的复合尺度最强实验限制为Mc ≥ 1 TeV（来自夸克算符），与TeV尺度束缚能标一致。
• 在轻子为SU(3)三重态的模型中，双荷规范玻色子的存在导致μ子素-反μ子素转换，当前实验限制已覆盖参数空间的显著部分。
• SU(2)R瞬子振幅因尺度M的28次方便被抑制，使其免受宇宙学与实验室实验限制（如Super-Kamiokande中氧衰变的限制）。
• 该模型满足't Hooft anomaly匹配，确认全局对称性在希格斯相与束缚相中一致实现，验证了复合费米子谱的正确性。