[논문 리뷰] Composite Vectors and Scalars in Theories of Electroweak Symmetry Breaking

A. E. Cárcamo Hernández|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 28인용 수 5

한 줄 요약

이 학위논문은 강한 전자약력 대칭파괴에서 복합 벡터 및 스칼라 상태를 SU(2)_L × SU(2)_R/SU(2)_{L+R} 효과적 카이랄 라그랑지안을 통해 조사한다. 루프-프로덕션 횡단단면적을 벡터 보존 융합 및 Drell-Yan 과정을 통해 계산하였으며, 100 fb⁻¹ 루미노사티비티에서 같은 전하의 이전자 및 삼전자 이벤트 수는 약 10–100 수준이며, M_V ≈ 500 GeV–1 TeV 및 m_h = 180 GeV일 때 Drell-Yan 과정이 복합 벡터-스칼라 쌍 생성에서 지배적임을 발견하였다.

ABSTRACT

In the context of a strongly coupled Electroweak Symmetry Breaking, composite triplet of heavy vectors belonging to the $SU(2)_{L+R}$ adjoint representation and a composite scalar singlet under $SU(2)_{L+R}$ may arise from a new strong interaction invariant under the global $SU(2)_L imes SU(2)_R$ symmetry, which is spontaneously broken down to $SU(2)_{L+R}$. This thesis consists of two parts. The first part is devoted to the study of the heavy composite vector pair production at the LHC via Vector Boson Fusion and Drell-Yan annihilation under the assumption that the interactions among these heavy vector states and with the Standard Model gauge bosons are described by a $SU(2)_L imes SU(2)_R/SU(2)_{L+R}$ Effective Chiral Lagrangian. The expected rates of multi-lepton events from the decay of the composite vectors are also given. The second part studies the associated production at the LHC of a composite vector with a composite scalar by Vector Boson Fusion and Drell-Yan annihilation in the framework of a $SU(2)_{L} imes SU(2)_{R}/SU(2)_{L+R}$ Effective Chiral Lagrangian with massive spin one fields and one singlet light scalar. The expected rates of same sign di-lepton and tri-lepton events from the decay of the composite vector and composite scalar final state are computed. The connection of the Effective Chiral Lagrangians with suitable gauge models is elucidated.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 강한 결합 전자약력 대칭파괴 영역에서 복합 무거운 벡터 및 스칼라 상태의 현상학적 특성 탐색.
• 벡터 보존 융합 및 Drell-Yan 생성 메커니즘을 이용한 LHC에서 복합 벡터 쌍 및 벡터-스칼라 쌍의 탐지 가능성 평가.
• 세로 방향 W 보손 산란 진폭의 단위성 및 점 渐진 행동을 통해 효과적 카이랄 라그랑지안의 매개변수 공간 제약.
• 효과적 라그랑지안 프레임워크와 자발 대칭 파괴를 갖는 기초 게이지 모형 간의 연결 고리 확립.
• 다중 전자 final 상태에 대한 현실적인 이벤트 수율 계산을 통해 LHC에서의 발견 가능성을 평가.

제안 방법

• 복합 스핀-1 벡터 및 스칼라 싱게틀 상태의 상호작용을 캐스텔티 보존 대칭 아래에서 기술하는 SU(2)_L × SU(2)_R/SU(2)_{L+R} 효과적 카이랄 라그랑지안 수립.
• 고에너지에서 W_L W_L → W_L W_L 산란 진폭의 우수한 고에너지 행동을 확보하기 위해 라그랑지안 매개변수에 제약 조건 부여, 단위성 확보.
• 다섯 개의 상호작용 상수(a, b, d, g_V, g_K)와 두 개의 질량(m_h, M_V)을 사용하여 W_L W_L → V_λ V_λ′ 및 W_L W_L → V_L h, h h 과정의 스핀함수 진폭 계산.
• 효과적 이론 프레임워크 내에서 벡터 쌍 및 벡터-스칼라 쌍 생성을 위한 총 횡단단면적 도출 (벡터 보존 융합 및 Drell-Yan 붕괴 과정 기반).
• 비선형 시그마 모형을 통한 자발 대칭 파괴에 의해 SU(2)_L × SU(2)^N × SU(2)_R 게이지 이론이 SU(2)_{L+R}로 붕괴되는 구조와 효과적 라그랑지안 연결.
• 표준모형 유사 붕괴를 가정하여 복합 상태의 붕괴 체인을 시뮬레이션하여 같은 전하의 이전자 및 삼전자 이벤트 수율 추정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 결합 전자약력 대칭파괴 상황에서 LHC에서의 벡터 보존 융합 및 Drell-Yan 과정을 통한 복합 벡터 쌍 생성 횡단단면적은 어떻게 되는가?
• RQ2 같은 전하의 이전자 및 삼전자 최종 상태의 이벤트 수율은 복합 벡터 및 스칼라 상태의 질량과 상호작용 상수에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 세로 방향 W 보손 산란에서 단위성을 요구할 경우 효과적 라그랑지안 매개변수에 어떤 제약 조건이 생기는가?
• RQ4 복합 벡터-스칼라 쌍 생성에서 Drell-Yan 메커니즘과 벡터 보존 융합의 성능 비교는 어떻게 되는가?
• RQ5 효과적 카이랄 라그랑지안과 자발 대칭 파괴를 갖는 UV 완전 게이지 모형 간의 관계는 무엇인가?

주요 결과

• 벡터 보존 융합 및 Drell-Yan 과정을 통한 복합 벡터 쌍 생성 총 횡단단면적은 LHC에서 약 몇 페타바른 수준이다.
• 복합 벡터 질량이 500 GeV에서 1 TeV 사이이고 스칼라 질량이 180 GeV일 경우, Drell-Yan 과정이 벡터-스칼라의 연쇄 생성에서 지배적이다.
• Vh 최종 상태의 연쇄 생성 횡단단면적은 합리적인 매개변수 조건에서 약 10 fb이며, 스칼라-벡터 상호작용 상수 d에 대해 제곱에 비례하여 증가한다.
• 100 fb⁻¹ 루미노사티비티에서 LHC에서의 같은 전하의 이전자 및 삼전자 이벤트 예상 수는 모델 매개변수에 따라 10에서 100 사이에 위치한다.
• 고에너지에서 세로 방향 W 보손 산란 진폭이 단위성을 유지하도록 요구할 경우 매개변수 공간이 제약을 받으며, 이는 상호작용 상수의 허용 가능한 값 범위를 제한한다.
• 효과적 카이랄 라그랑지안 프레임워크가 비선형 시그마 모형을 통해 SU(2)_L × SU(2)^N × SU(2)_R 게이지 이론이 자발 대칭 파괴로 SU(2)_{L+R}로 붕괴되는 UV 완전 게이지 이론과 일관됨을 입증하였다.