[論文レビュー] Z', Z_KK, Z* and all that: current bounds and theoretical prejudices on heavy neutral vector bosons

Roberto Contino|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、Z′、ZKK、Z* を含む重い中性ベクトルボソンの実験的限界と理論的制約をレビューし、それらの結合、素粒子物理学的性質、およびLHCにおける発見可能性に焦点を当てる。標準的Z′では二レプトンチャンネルが有望であるが、強い結合のZ*ボソンは主にトップクォークおよび縦偏光ゲージボソンに崩壊するため、二レプトン信号は希であり、発見には高流量データまたは代替崩壊モードが不可欠であることが示された。

ABSTRACT

I review the current experimental bounds and theoretical predictions for different kinds of heavy neutral vector bosons.

研究の動機と目的

• LEP、D0、CDFのデータからの重い中性ベクトルボソンの現在の実験的限界を評価すること。
• Z′結合を制約する理論的偏見（例えば、フラバー普遍性およびカスティドル対称性）を分析すること。
• 標準的Z′ボソンと複合ヒッグスモデルに現れる強い結合Z*共鳴状態の素粒子物理学的性質を比較すること。
• 特に二レプトンおよび他の最終状態におけるLHCにおける発見可能性を評価すること。

提案手法

• Z′が標準模型フェルミオンおよびヒッグスに与える結合を、電荷zaおよびzHを用いて有効場理論でパrameter化し、結合定数gZ′[Ψ]およびgZ′[H]を導入する。
• LEPの精度測定観測量への寄与を、歪みの補正（S、T、W、Y）を用いてマッピングし、接触相互作用、頂点補正、およびρパラメータのずれを区別する。
• 近似式を用いてDrell-Yan生成断面積σ(pp→Z′→ll)を計算し、CDFおよびLEPの除外限界と比較する。
• 複合ヒッグスモデルにおける強い結合Z*を分析し、素粒子状態と複合状態の混合が軽いフェルミオンへの結合を抑制すること（gZ*∝gSM tanθ）を示す。
• 質量および結合パラメータを用いて崩壊分支比を評価し、二レプトンよりもW+W−、Zh、ttの最終状態が支配的であることを示す。
• 接触相互作用およびSパラメータに関するLEP制約を用いて、複合性スケールおよび結合強度を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LEPおよびテバトロンデータから、標準的Z′ボソンの質量および結合強度に及ぼされる支配的実験的制約は何か？
• RQ2 カスティドル対称性およびフラバー普遍性は、Z′ボソンの素粒子物理学的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ3 強い結合Z*共鳴状態からの二レプトン信号がなぜ抑制されるのか？また、どの最終状態がより良い発見可能性を示すか？
• RQ4 LEPの精度測定は、複合ヒッグスモデルにおける複合性スケールおよび結合強度にどのように制約を加えるか？

主な発見

• 標準的Z′がSMのハイパーチャージに等しい結合定数（gZ′=g′）を持つ場合、LEPでは1.65 TeV未満の質量が除外され、CDFでは1.3 fb⁻¹のデータで950 GeVまでが除外される。
• gZ′=g′のZ′がDrell-Yan過程で生成され、二レプトンへの断面積と分支比の積はLHCで約200 fbとなり、約100 pb⁻¹の流量で発見が可能となる。
• 質量3 TeV、g*=3.9の強い結合Z*は全幅170 GeVを示し、二レプトンへの分支比はたった0.1%にとどまるため、このチャンネルでの観測は困難である。
• Z*の支配的崩壊モードはZh、W+W−、ttであり、ttおよびbbへの分支比はそれぞれ5%であり、W+W−およびZhへの割合も顕著である。
• g*≳1では接触相互作用に関するLEP制約は無視可能になるが、特にgZ*['H']gZ*['Ψ']がgSM²に固定されている場合、Sパラメータの制約は依然として強く残る。
• 2 TeVで約100 fb⁻¹、3 TeVで約1 ab⁻¹のデータ量があれば、ZhチャンネルでのZ*の発見が可能であり、非二レプトンチャンネルが初期発見により有望であることが示された。