[论文解读] 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)|Jul 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 74被引用 8

一句话总结

本文研究了在异色弦理论衍生模型中，惰性中微子如何影响TeV尺度Z′玻色子的衰变率及LHC的排除极限。通过分析Z′衰变为惰性中微子的分支比，并与标准Z′模型进行比较，作者表明惰性中微子可显著改变对撞机信号，导致在某些参数选择下，当前质量排除界限减弱高达20%。

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.

研究动机与目标

• 研究惰性中微子对TeV尺度异色弦理论衍生模型中Z′衰变率的影响。
• 评估惰性中微子的存在如何改变LHC对Z′玻色子的当前排除极限。
• 分析这些模型的参数空间，并确定参数变化如何影响Z′的唯象学特征。
• 比较包含与不包含惰性中微子时Z′的分支比，重点关注对撞机信号。

提出的方法

• 使用自由费米子表述的异色弦模型，其中U(1)规范对称性在低能下未发生自发对称性破缺。
• 构建中性规范玻色子谱，并通过旋转矩阵计算Z′与标准模型Z之间的混合。
• 分析希格斯谱系，包括CP偶、CP奇和带电希格斯分量，以确定质量本征态和耦合。
• 将惰性中微子作为在额外U(1)规范对称性下带电的手征态引入，其质量通过真空期望值（VEV）破缺机制生成。
• 计算Z′衰变为W+W−、ZH0、H±H∓和W±H∓的衰变宽度，包括惰性中微子的贡献。
• 对LHC上的对撞机信号进行唯象学分析，比较包含与不包含惰性中微子贡献时的排除极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在异色弦模型中，惰性中微子如何改变TeV尺度Z′玻色子的分支比？
• RQ2 惰性中微子在多大程度上削弱了LHC对Z′质量的当前排除界限？
• RQ3 Z′与SM Z之间的混合如何依赖于模型的参数空间，特别是在存在惰性中微子的情况下？
• RQ4 当引入惰性中微子时，Z′的主要衰变通道是什么？与标准Z′衰变模式相比有何不同？
• RQ5 惰性中微子的存在是否可能导致LHC观测到的Z′排除界限显著降低？

主要发现

• 引入惰性中微子会增加Z′衰变为隐形末态的分支比，从而降低其在标准衰变通道中的可观测性。
• 在某些参数选择下，由于隐形衰变模式增强，LHC对Z′质量的排除界限可减弱高达20%。
• 当惰性中微子与活性中微子的混合非零且其质量低于Z′质量时，惰性中微子对Z′衰变宽度的贡献显著。
• 通过确保U(1)A荷的迹为零，并在谱中保持16+16与10表示的数目相等，该模型保持了U(1)规范对称性的异常自由。
• 与W+W−或ZH0模式相比，Z′衰变为两个希格斯玻色子（H+H−）的分支比被抑制，但当不存在惰性中微子时，该通道仍具相关性。
• 惰性中微子的存在导致分支比的再分配，尤其使隐形衰变通道显著增加，这可能在常规搜索中掩盖Z′信号。