[论文解读] Phenomenological constraints on universal extra dimensions at LHC and electroweak precision test

Takuya Kakuda, Kenji Nishiwaki+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用 6

一句话总结

该论文利用LHC希格斯信号强度数据和电弱精确测量（通过S和T参数）对通用额外维度（UED）模型中的Kaluza-Klein（KK）尺度施加约束。结果表明，最小的5D UED模型在650 GeV（LHC）和700 GeV（S,T分析）以下被排除；而6D UED模型在不同紧化流形上，KK尺度的约束范围为850–1350 GeV（LHC）和900–1500 GeV（S,T），后者略为更严格。

ABSTRACT

We show two types of bounds on five- and six-demensional universal extra dimension (UED) models from the latest results of the Higgs search at the LHC and of the electroweak precision data for the S and T parameters. The UED models on which we put lower bounds are the minimal UED model in five dimensions and the six dimensional ones. The highest possible ultraviolet cutoff scale for each UED model is evaluated from the vacuum stability of the Higgs potential by solving the renormalization group equation of the Higgs self coupling. The bounds on the KK scale in the minimal UED model is 650 GeV from the LHC results and 700 GeV from the S, T analysis at the 95% confidence level, while those in the several 6D UED models are from 850 GeV to 1350 GeV (Higgs search) and from 900 GeV to 1500 GeV (S,T analysis).

研究动机与目标

• 利用最新的LHC希格斯信号强度数据，推导Kaluza-Klein（KK）尺度在通用额外维度（UED）模型中的现象学约束。
• 通过S和T参数评估5D和6D UED模型中电弱精确测量的约束。
• 通过规范运行方程（RGE）分析确保希格斯势能的真空稳定性，确定每个UED模型可能的最高紫外（UV）截断尺度。
• 比较多种6D UED紧化结构下，希格斯信号搜索与电弱精确数据对KK尺度约束的相对强度。
• 评估在T²/Z₂、T²/Z₄、S²、RP²和射影球面等流形上紧化的各种6D UED模型的可行性。

提出的方法

• 通过胶子融合产生和衰变为γγ、ZZ及WW末态的UED与SM截面之比，计算LHC上的希格斯信号强度。
• KK激发态的顶夸克和规范玻色子通过有效圈函数J^SM和J^KK，修正圈诱导的希格斯衰变和产生振幅。
• S和T参数由KK粒子的圈贡献计算得出，包括接近紫外截断尺度的希格斯质量校准和阈值效应修正。
• 通过求解希格斯自耦合的规范运行方程，确定UV截断尺度以确保真空稳定性。
• 通过将预测的S和T值与实验数据的全局拟合结果（S = 0.05 ± 0.09，T = 0.08 ± 0.07）在95%置信水平下比较，推导约束条件。
• 分析包括最小5D UED和多种6D UED模型，紧化于T²/Z₂、T²/(Z₂×Z′₂)、T²/Z₄、S²、S²/Z₂、RP²和射影球面。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于LHC希格斯信号强度测量，在95%置信水平下，最小5D UED模型的KK尺度下限是多少？
• RQ2 在6D UED模型中，电弱精确测量（S和T参数）的约束与LHC希格斯信号搜索的约束相比如何？
• RQ3 在T²/Z₂、T²/Z₄、S²、RP²和射影球面等流形上紧化的6D UED模型，其模型相关的KK尺度约束范围是多少？
• RQ4 在UED模型中，KK顶夸克、规范玻色子和希格斯玻色子对S和T参数的贡献如何？
• RQ5 在UED模型中，是希格斯信号强度约束还是电弱精确数据约束对KK尺度提供了更严格的限制？

主要发现

• 基于LHC希格斯信号强度数据，最小5D UED模型在95%置信水平下于650 GeV以下被排除。
• 当通过S和T参数测量约束时，同一模型在95%置信水平下于700 GeV以下被排除。
• 对于紧化于T²/Z₂、T²/(Z₂×Z′₂)、T²/Z₄、S²、S²/Z₂、RP²和射影球面的6D UED模型，希格斯信号搜索给出的KK尺度约束范围为850至1350 GeV。
• S和T参数分析得出的约束略为更强，所有6D UED模型的KK尺度在900–1500 GeV以下被排除。
• 目前数据中，电弱精确数据的约束略严于希格斯信号搜索的约束，尽管未来LHC数据可能使这一趋势反转。
• 通过希格斯自耦合的RGE分析确保希格斯势能的真空稳定性，确定了每个UED模型的最高UV截断尺度。