[论文解读] Phenomenology Beyond the Standard Model

Joseph Lykken|ArXiv.org|Mar 16, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 33被引用 6

一句话总结

本文综述了标准模型之外的物理学，重点关注额外维度及相关模型，排除超对称性，强调大型强子对撞机（LHC）的唯象学。它提出，翘曲额外维度可通过Kaluza-Klein激发生成TeV尺度的轻子数子和无希格斯模型，LHC实验可通过二胶子共振探测到高达15 TeV的紧化尺度，为探测TeV尺度的新物理提供了可行路径。

ABSTRACT

An elementary review of models and phenomenology for physics beyond the Standard Model (excluding supersymmetry). The emphasis is on LHC physics. Based upon a talk given at the Physics at LHC conference, Vienna, 13-17 July 2004.

研究动机与目标

• 提供一个以对撞机为中心的标准模型之外物理学的综述，重点在于额外维度及相关模型，排除超对称性。
• 论证来自额外维度中翘曲GUT的TeV尺度轻子数子在LHC中作为可行信号的相关性。
• 证明LHC实验可通过高能级二胶子共振探测到高达15 TeV的紧化尺度。
• 将现有BSM概念（如激发费米子和R-Parity破坏的超夸克）重新解释为额外维度或去构造模型中的表现形式。
• 主张LHC将在将BSM模型的理论波函数坍缩为自然界所选择的框架中发挥核心作用。

提出的方法

• 使用翘曲额外维度模型（如Randall-Sundrum）生成规范玻色子和希格斯玻色子的TeV尺度Kaluza-Klein模式。
• 在普朗克膜和TeV膜上施加边界条件，将$SU(5)$对称性破缺为标准模型群，抑制零模式，同时保持与标准模型费米子的树图耦合。
• 在$SU(5)$的$\mathbf{5}+\overline{\mathbf{5}}$表示中引入体标量，其波函数在TeV膜处趋于零，以产生TeV质量的轻子数子。
• 分析来自壳上Kaluza-Klein胶子产生的二胶子共振信号，重点关注如$1 \leq m_{jj} \leq 4$ TeV的运动学区域。
• 利用部分子分布函数和背景不确定性方面的实验约束，评估LHC对这些信号的敏感性。
• 重新诠释传统BSM概念（如激发费米子和R-Parity破坏的超夸克）为去构造模型或额外维度框架中的Kaluza-Klein模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不依赖高能标GUT的模型中，TeV尺度的轻子数子如何自然地在额外维度模型中产生？
• RQ2 LHC对二胶子末态中Kaluza-Klein共振的敏感性如何？其可探测的紧化尺度最高可达多少？
• RQ3 翘曲额外维度以何种方式允许无希格斯模型的存在以及实现可行的电弱对称性自发破缺？
• RQ4 现代强相互作用动力学和规范理论如何通过AdS/CFT对应关系与额外维度相关联？
• RQ5 轻子数子能否在避免快速质子衰变的同时，被一致地嵌入到翘曲GUT框架中，从而生成TeV尺度的共振态？

主要发现

• LHC实验可通过高能级二胶子末态中的平滑过量，探测到高达15 TeV的紧化尺度。
• 壳上Kaluza-Klein胶子不会产生窄共振峰，因其宽度过大且产生率过低，因此在LHC中不可观测。
• TeV质量的轻子数子可通过在$\mathbf{5}+\overline{\mathbf{5}}$表示中引入在TeV膜处波函数受抑制的体标量，在翘曲GUT模型中生成。
• 这些TeV质量的轻子数子源于$SU(5)$标量的Kaluza-Klein激发，且与标准模型费米子的耦合不受抑制，特别是当耦合被限制在第三代时。
• 通过确保仅第三代夸克和轻子与轻子数子耦合，该模型避免了快速质子衰变。
• 诸如去构造和AdS/CFT对偶等理论框架统一了多种BSM模型，表明激发费米子和轻子数子可被理解为高维理论中的Kaluza-Klein模式。