[论文解读] Forward-backward asymmetry on Z resonance in SO(5) x U(1) gauge-Higgs unification

Nobuhiro Uekusa|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用 6

一句话总结

本文研究了在Randall-Sundrum翘曲时空中的SO(5)×U(1)规范-Higgs统一模型下，Z共振能区的正向-反向不对称性（A_FB）。结果表明，树图阶预测的A_FB^b = 0.09952与A_FB^c = 0.07073与实验数据高度一致，表明该模型是标准模型的可行替代方案，且在电弱精确度方面表现更优。

ABSTRACT

We find that the tree-level predictions of the forward-backward production asymmetries on the Z resonance for b and c quarks, A_FB, in an SO(5) x U(1) gauge-Higgs unification model are markedly close to the central values of the Particle Data Group data unlike the standard model. The decay width of Z boson is evaluated and the S and T parameters are discussed.

研究动机与目标

• 评估SO(5)×U(1)规范-Higgs统一模型在Z共振能区的正向-反向不对称性（A_FB）。
• 检验该模型对A_FB的树图阶预测是否优于标准模型，与实验数据更为吻合。
• 评估该模型与电弱精确可观测量的一致性，包括Z玻色子衰变宽度与S/T参数。
• 检验A_FB预测在不同费米子质量定义（极值质量与m_Z处的运行质量）下的鲁棒性。
• 分析一阶量子修正及其在非可重整化高维框架下对S与T参数的影响。

提出的方法

• 该模型基于五维Randall-Sundrum时空，具有SO(5)×U(1)规范对称性，其中Higgs场源于额外维度规范场的威尔逊线相位。
• 费米子与Z玻色子的耦合由第五维中的波函数分布与SO(5)表示决定，导致其耦合形式与标准模型不同。
• 通过有效Z-费米子耦合计算正向-反向不对称性A_FB，其中包含矢量与轴矢量电流的贡献。
• 利用维数正则化与包含大质量规范玻色子和Higgs玻色子的显式圈积分，评估S与T参数的一阶量子修正。
• 基于费米子对道的总分支比，利用修正后的耦合计算Z玻色子的衰变宽度。
• 数值结果基于文献中的输入参数获得，并对极值质量与运行质量之间的敏感性进行了测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 SO(5)×U(1)规范-Higgs统一模型是否对Z共振能区b夸克的正向-反向不对称性预测值优于标准模型，且更符合实验测量值？
• RQ2 SO(5)×U(1)模型中A_FB的树图阶预测值与b夸克和c夸克的实验数据相比如何？
• RQ3 在此高维规范-Higgs统一模型中，S与T参数的一阶量子修正贡献为何？
• RQ4 A_FB预测对费米子质量定义（极值质量与m_Z处的运行质量）的选择有多敏感？
• RQ5 该模型中Z玻色子的衰变宽度是否与实验测量值一致？

主要发现

• b夸克的正向-反向不对称性树图阶预测值为A_FB^b = 0.09952，与Particle Data Group给出的实验值0.0992 ± 0.0016高度一致。
• 预测的A_FB^c = 0.07073也与实验值0.0707 ± 0.0035非常接近。
• A_FB预测在极值质量与m_Z标度下的运行质量之间变化时保持稳定，表明其对费米子质量定义不敏感。
• 该模型预测在有效势最小值处Higgs与规范玻色子的耦合被抑制，其耦合被cos(θ_H)抑制，从而可能产生一种稳定的Higgs，或可作为暗物质候选者。
• 一阶量子修正对S与T参数的贡献为：当m_h = 117 GeV时，S_h + S_g = -0.02666，T_h + T_g = 0.07076，总S与T值在单圈阶下接近标准模型。
• 总S与T参数（包含顶夸克与Higgs/规范玻色子圈修正）与实验约束一致，当m_h = 117 GeV时，S ≈ 0.2476，T ≈ 1.2561，表明该模型在电弱精确度测试中具有可行性。