[论文解读] Substructures from weak interactions in light of possible threshold signals at LEP and LHC

Eef van Beveren, Susana Coito+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用 4

一句话总结

该论文提出，LEP和LHC数据中的阈值增强可能表明弱相互作用的次结构，暗示在53 GeV和57 GeV处存在W±和Z玻色子的复合标量/伪标量伙伴，以及在210 GeV和240 GeV处存在激发的Z玻色子态。这些效应源于强子和二轻子衰变振幅中的非共振阈值开启，为125 GeV的希格斯样信号提供了一种替代解释，而无需假设基本希格斯物理。

ABSTRACT

We present indications of possible substructures from weak interactions, by inspecting LEP and LHC date and inferring threshold effects due to the production of pairs of composite heavy gauge bosons W+-, Z and their hypothetical partners with different spin. Thus, we find possible evidence of scalar or pseudoscalar partners of the W+- and the Z, viz. at 53 and 57 GeV, respectively. Additionally, data may indicate excited states of the Z at 210 and 240 GeV.

研究动机与目标

• 研究LEP和LHC数据中的阈值增强是否可能表明弱相互作用的非共振次结构。
• 探讨LHC中125 GeV附近观测到的信号是否可能源于阈值效应，而非基本希格斯玻色子。
• 通过分析e+e−和pp碰撞中的不变质量分布，识别W±和Z玻色子的潜在复合伙伴。
• 评估由阈值驱动的非共振增强在重规范玻色子谱中的可行性，作为对奇异共振态解释的替代方案。
• 倡导获取更高统计量、更高分辨率的数据，以确认或排除这些基于阈值的次结构。

提出的方法

• 分析LEP（L3、ALEPH、DELPHI）和LHC（ATLAS、CMS、BABAR、BES）中e+e− → 强子和pp → 四轻子过程的实验截面数据。
• 应用基于夸克-反夸克对产生和幺正化振幅的理论模型，以解释非共振阈值增强。
• 利用宽阈值增强与窄共振态之间的干涉效应，解释不变质量谱中的凹陷与峰。
• 比较不同实验（如BABAR与BES）的数据，验证观测到的结构在独立数据集之间的一致性。
• 通过将数据中的凹陷与增强与重规范玻色子对的预测产生阈值相匹配，识别阈值开启。
• 基于多组数据的一致性，外推观测到的模式，预测新态如Z∗(210)和Z∗(240)的存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 弱相互作用振幅中的阈值增强是否可以在不引入新共振态的情况下，解释LEP和LHC数据中观测到的结构？
• RQ2 数据是否表明在53 GeV和57 GeV处存在W±和Z玻色子的复合标量或伪标量伙伴？
• RQ3 LHC中125 GeV的增强是否可被解释为来自重规范玻色子对产生阈值效应的结果，而非基本希格斯玻色子？
• RQ4 二轻子和强子末态中观测到的凹陷与峰是否可由共振与非共振振幅在阈值附近的干涉效应解释？
• RQ5 如果Z玻色子在210 GeV和240 GeV处存在激发态，对标准模型将产生何种影响？它们如何被证实？

主要发现

• 该论文基于LEP和LHC数据中的阈值效应，识别出W±玻色子可能的标量/伪标量伙伴，质量为53 GeV。
• 提出在57 GeV处存在Z玻色子的候选伙伴，其源于弱相互作用振幅中的非共振阈值增强。
• 在ATLAS和CMS的四轻子数据中发现Z玻色子激发态的证据，分别位于210 GeV和240 GeV，其凹陷与预测的阈值开启位置一致。
• LHC中观测到的125 GeV增强可被解释为复合重规范玻色子对产生的阈值效应，为希格斯玻色子解释提供了一种替代方案。
• e+e− → 强子和pp → 四轻子过程中的观测结构在多个实验中表现出一致的模式，支持其源于阈值动力学的共同起源。
• 基于夸克-反夸克对产生和幺正化振幅的理论建模，成功解释了数据中形状与干涉特征，包括3.81 GeV处的凹陷和3.77 GeV附近的峰。