[论文解读] Composite Vectors and Scalars in Theories of Electroweak Symmetry Breaking

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

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用 5

一句话总结

本论文通过 SU(2)_L × SU(2)_R/SU(2)_{L+R} 有效手征拉格朗日量，研究强耦合电弱规范对称性自发破缺中的复合矢量与标量态。计算了在矢量玻色子融合与Drell-Yan过程下，矢量对及矢量-标量对在LHC上的产生截面，发现当亮度为100 fb⁻¹时，同号二轻子与三轻子事例率约为10–100，且当 M_V ≈ 500 GeV–1 TeV 且 m_h = 180 GeV 时，Drell-Yan过程主导了矢量-标量关联产生过程。

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.

研究动机与目标

• 探索标准模型之外强耦合电弱规范对称性自发破缺中复合重矢量与标量的唯象学。
• 评估利用矢量玻色子融合与Drell-Yan产生机制，在LHC上探测复合矢量对与矢量-标量对的可探测性。
• 通过纵向W玻色子散射振幅的幺正性与渐近行为，约束有效手征拉格朗日量的参数空间。
• 建立有效拉格朗日量框架与具有自发对称性破缺的底层规范模型之间的联系。
• 计算多轻子末态的真实事例率，以评估在LHC上发现的潜力。

提出的方法

• 构建一个 SU(2)_L × SU(2)_R/SU(2)_{L+R} 有效手征拉格朗日量，描述在 custodial 对称性下的复合自旋-1矢量与标量单重态的相互作用。
• 通过要求 W_L W_L → W_L W_L 散射振幅在高能下行为良好，确保幺正性，对拉格朗日量参数施加约束。
• 使用五个耦合常数（a, b, d, g_V, g_K）与两个质量（m_h, M_V）计算 W_L W_L → V_λ V_λ′ 与 W_L W_L → V_L h, h h 过程的螺旋幅。
• 在有效理论框架下，推导通过矢量玻色子融合与Drell-Yan湮灭过程产生的矢量对与矢量-标量对的总截面。
• 将有效拉格朗日量与一个在非线性σ模型下通过自发对称性破缺从 SU(2)_L × SU(2)^N × SU(2)_R 群破缺为 SU(2)_{L+R} 的紫外完备 SU(2)_L × SU(2)^N × SU(2)_R 规范理论联系起来。
• 通过模拟复合态的衰变链（假设为标准模型类似衰变），估算同号二轻子与三轻子事例率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在强耦合电弱规范对称性自发破缺场景下，复合矢量对通过矢量玻色子融合与Drell-Yan过程在LHC上的产生截面是多少？
• RQ2 同号二轻子与三轻子末态的事例率如何依赖于复合矢量与标量态的质量与耦合常数？
• RQ3 要求纵向W玻色子散射振幅在高能下保持幺正性，会对有效拉格朗日量参数施加何种约束？
• RQ4 在产生复合矢量-标量对方面，Drell-Yan机制与矢量玻色子融合相比如何？
• RQ5 有效手征拉格朗日量与具有自发对称性破缺的紫外完备规范模型之间存在何种联系？

主要发现

• 通过矢量玻色子融合与Drell-Yan过程产生的复合矢量对的总截面在LHC上约为几个费米巴。
• 当复合矢量质量在500 GeV至1 TeV之间，标量质量为180 GeV时，Drell-Yan过程主导了矢量与标量的关联产生。
• Vh末态的关联产生截面在合理参数选择下约为10 fb，且与标量-矢量耦合 d 呈二次方关系。
• 在100 fb⁻¹亮度下，LHC上同号二轻子与三轻子事例的预期数量在10至100之间，具体取决于模型参数。
• 通过要求纵向W玻色子散射振幅在高能下保持幺正性，对参数空间施加了约束，从而限制了耦合常数的允许取值。
• 证明有效手征拉格朗日量框架与基于 SU(2)_L × SU(2)^N × SU(2)_R 群、通过非线性σ模型自发破缺为 SU(2)_{L+R} 的紫外完备规范理论一致。