[论文解读] Interplay of vector-like top partner multiplets in a realistic mixing set-up

Giacomo Cacciapaglia, Aldo Deandrea+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了在无底夸克混合的现实模型中，两个矢量型顶夸克伙伴多重态与顶夸克 sector 混合的唯象学影响。利用电弱精确测量数据和 LHC 约束，结果表明，多多重态混合显著改变了质量与混合角的约束，与单重态情景相比，允许更大的混合角并增强了 LHC 的发现潜力，同时仍与精确电弱和味物理约束一致。

ABSTRACT

The ATLAS and CMS collaborations at the LHC have performed analyses on the existing data sets, studying the case of one vector-like fermion or multiplet coupling to the standard model Yukawa sector. In the near future, with more data available, these experimental collaborations will start to investigate more realistic cases. The presence of more than one extra vector-like multiplet is indeed a common situation in many extensions of the standard model. The interplay of these vector-like multiplet between precision electroweak bounds, flavour and collider phenomenology is a important question in view of establishing bounds or for the discovery of physics beyond the standard model. In this work we study the phenomenological consequences of the presence of two vector-like multiplets. We analyse the constraints on such scenarios from tree-level data and oblique corrections for the case of mixing to each of the SM generations. In the present work, we limit to scenarios with two top-like partners and no mixing in the down-sector.

研究动机与目标

• 研究在无底夸克混合的现实混合设置下，两个矢量型顶夸克伙伴多重态之间的相互作用，以最小化味物理约束。
• 评估多重态混合对电弱精确可观测量（S、T 参数）及树幅约束的影响。
• 评估此类混合对 14 TeV 下 LHC 单个矢量型顶夸克产生过程的发现可达性的影响。
• 识别与当前 LHC 和电弱精确测量实验约束一致的参数空间区域。

提出的方法

• 根据其 SU(2)L × U(1)Y 量子数，对所有可能的矢量型多重态对进行分类，这些多重态可通过希格斯双重态与 SM 夸克耦合。
• 构建无底夸克伙伴混合的双顶夸克伙伴情景下的质量矩阵，重点关注顶型（Y=+2/3）和混合电荷态。
• 利用涉及矢量型费米子的圈图，评估非对角修正（S 和 T 参数），包括左、右手中性混合的贡献。
• 计算涉及顶型、底型及奇异电荷态（如 X^{8/3}, Y^{-7/3}）圈图对 T 参数的贡献，给出自能 Π_T^{LL}, Π_T^{LR} 的显式表达式。
• 应用费米子质量与混合角的树幅约束，并与 LHC 对单个矢量型顶夸克产生的约束进行比较。
• 在多个基准情景下进行数值分析，包括单重态-双重态、双重态-三重态及双重态-双重态多重态组合。

实验结果

研究问题

• RQ1 与单重态情景相比，两个矢量型顶夸克伙伴多重态的存在如何影响非对角 S 和 T 参数？
• RQ2 电弱精确测量数据与 LHC 搜索结果对两个矢量型顶夸克伙伴的质量与混合角施加了何种联合约束？
• RQ3 下夸克 sector 中无混合的存在如何影响允许的参数空间并增强 LHC 的发现潜力？
• RQ4 多重态混合效应在多大程度上改变了假设仅存在一个矢量型费米子的简化模型所导出的约束？
• RQ5 在何种参数空间区域内，两个矢量型顶夸克伙伴的模型能够同时满足电弱精确测量与 LHC 约束？

主要发现

• 两个矢量型顶夸克伙伴多重态的存在，由于不同混合通道之间的干涉效应，显著改变了 S 和 T 参数。
• 涉及奇异电荷态（如 X^{8/3}, Y^{-7/3}）的圈图对 T 参数的贡献在 p²=0 处因对称性抵消而消失，从而降低了其对精确可观测量的影响。
• 双顶夸克伙伴多重态情景允许比单重态模型更大的混合角，从而提高了 LHC 上单个产生截面。
• 树幅约束与电弱精确测量数据（S、T）强烈限制了参数空间，尤其在混合角较大或质量简并时。
• 树幅约束（如对混合角的 3σ 排除区域）显著小于电弱精确测量约束，表明在许多情况下，电弱精确测量数据提供了更强的约束。
• 数值结果表明，对于双重态-双重态与双重态-三重态构型，电弱精确测量约束比 14 TeV 下的 LHC 约束更严格，尤其在混合角非零时。