[논문 리뷰] The Triplet Dirac Seesaw in the View of the Recent CDF-II W Mass Anomaly

О. Н. Попов, Rahul Srivastava|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 전하가 0인 벡터 장성 페르미온 트리플렛과 전기약력 트리플렛 스칼라를 기반으로 하는 디랙 중성온 질량 모형을 제안한다. 이 모형은 전역 U(1)_{B-L} 대칭의 자발적 비대칭을 통해 작용하며, CDF-II W 보손 질량 이상(표준모형 예측에서 7σ 이격)을 보조 장상수 보정을 통해 설명한다. 동시에 자연스럽게 작은 디랙 중성온 질량을 생성한다. 모형은 스칼라 트리플렛 질량 1.4–5.2 TeV 범위와 페르미온 트리플렛 질량 100 TeV에서 10^13 GeV 범위에서 전기약력 정밀도 및 입자충돌 실험 제약 조건을 만족한다.

ABSTRACT

In the present letter, a Dirac neutrino mass model is presented in the view of the new result on W boson mass of $m_W^{CDF-II}=80.4335\pm 0.0094$ GeV, recently reported by the CDF-II experimental collaboration. The newly measured value of the W mass anomaly shows a 7-$σ$ deviation from that predicted by the standard model. The model explains the CDF-II W boson mass anomaly by extending the standard model with hypercharge zero vector-like fermion triplet. Symmetry is amended with a global $U(1)_{B-L}$ which is broken with an hypercharge zero electroweak triplet. It is demonstrated that the model can successfully explain CDF-II result, Dirac neutrino mass origin, while satisfying standard model precision constraints and collider constraints with scalar and fermion triplet masses in the ranger $1.4$ TeV$-5.2$ TeV and $100$ TeV $-10^{13}$ GeV, respectively.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 예측에서 7σ 이격된 CDF-II W 보손 질량 측정 결과를 설명하기 위해.
• 표준모형의 최소한의 확장을 통해 작은 디랙 중성온 질량을 일관되게 생성하는 메커니즘을 제공하기 위해.
• W 보손 질량 이상과 중성온 질량 생성을 동시에 설명하면서도 엄격한 전기약력 정밀도 및 충돌 실험 제약 조건을 만족하기 위해.
• 모든 실험 제약 조건을 만족하는 스칼라 및 페르미온 트리플렛 질량의 타당한 매개변수 영역을 규명하기 위해.

제안 방법

• 표준모형을 확장하기 위해 전하가 0인 벡터 장성 페르미온 트리플렛과 전기약력 스칼라 트리플렛을 도입한다.
• 전역 U(1)_{B-L} 대칭을 도입하고, 전하가 0인 전기약력 트리플렛에 의해 자발적 비대칭화함으로써 디랙 시즈모드 메커니즘을 가능하게 한다.
• 트리플렛 필드를 사용해 W 보손 자기에너지에 대한 고리 보정을 계산하고, T 및 U 오블리크 매개변수를 유도한다.
• 디랙 시즈모드 메커니즘을 통해 중성온 질량 행렬을 유도하며, 빛의 중성온 질량은 무거운 트리플렛 질량에 의해 억제된다.
• 전기약력 정밀도 데이터(S, T, U 매개변수), LHC에서의 스칼라 및 페르미온 트리플렛 제약 조건, 향후 FCC 예측을 적용한다.
• 모든 제약 조건을 만족하는 질량 범위를 결정하기 위해 전반적인 피팅을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벡터 장성 페르미온과 스칼라 트리플렛을 포함하는 표준모형의 최소한의 확장이 동시에 CDF-II W 보손 질량 이상을 설명하고 작은 디랙 중성온 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ2 W 질량 이상과 실험 제약 조건을 모두 만족하는 스칼라 및 페르미온 트리플렛의 타당한 질량 범위는 무엇인가?
• RQ3 트리플렛 필드의 고리 보정이 오블리크 T 및 U 매개변수에 어떻게 영향을 미치며, 그 결과 모형의 타당성에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 메이저라 중성온 질량을 도입하지 않고도 시즈모드 메커니즘을 통해 자연스럽게 작은 디랙 중성온 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ5 스칼라 및 페르미온 트리플렛의 매개변수 영역을 제한하는 충돌 실험 및 정밀 전기약력 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 이 모형은 스칼라 및 페르미온 트리플렛를 포함한 고리 보정을 통해 CDF-II에서 보고한 7σ W 보손 질량 이상을 성공적으로 설명한다.
• 스칼라 트리플렛 질량은 1.4 TeV에서 5.2 TeV 범위로 제약되며, LHC 및 T-매개변수 제약 조건을 통합했을 때 가장 타당한 창문은 1.4–5.19 TeV이다.
• 페르미온 트리플렛 질량은 100 TeV에서 10^13 GeV의 넓은 범위에서 허용되며, 직접 탐지 신호가 없음과 일치한다.
• T 매개변수 제약 조건이 가장 엄격하며, 힉스 포털 결합 μ_H를 약 2.3 TeV로 제한한다.
• 모형은 S ≈ 0, T ≈ 0.11 ± 0.12, U ≈ 0.13 ± 0.09를 예측하며, CDF-II 결과를 포함한 전역 전기약력 정밀도 피팅과 일치한다.
• 모형은 현재의 모든 충돌 실험 제약 조건을 충족하며, LHC에서의 스칼라 트리플렛 제약(m_Δ > 1065 GeV)과 CMS에서의 페르미온 트리플렛 제약(M_Σ > 574 GeV)이 핵심 제약 조건이 된다.