[论文解读] The Triplet Dirac Seesaw in the View of the Recent CDF-II W Mass Anomaly

О. Н. Попов, Rahul Srivastava|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

该论文提出了一种基于超荷为零的矢量型费米子三重态和电弱三重态标量的狄拉克中微子质量模型，通过自发对称性自发破缺全局 U(1)_{B-L} 对称性。该模型通过规范玻色子自能的圈修正解释了CDF-II实验中W玻色子质量异常（比标准模型预测偏离7σ），同时自然地生成了小的狄拉克中微子质量。在标量三重态质量为1.4–5.2 TeV、费米子三重态质量为100 TeV至10^13 GeV的范围内，该模型满足电弱精确测量和对撞机实验约束。

ABSTRACT

In the present letter, a Dirac neutrino mass model is presented in the view of the new result on W boson mass of $m_W^{CDF-II}=80.4335\pm 0.0094$ GeV, recently reported by the CDF-II experimental collaboration. The newly measured value of the W mass anomaly shows a 7-$σ$ deviation from that predicted by the standard model. The model explains the CDF-II W boson mass anomaly by extending the standard model with hypercharge zero vector-like fermion triplet. Symmetry is amended with a global $U(1)_{B-L}$ which is broken with an hypercharge zero electroweak triplet. It is demonstrated that the model can successfully explain CDF-II result, Dirac neutrino mass origin, while satisfying standard model precision constraints and collider constraints with scalar and fermion triplet masses in the ranger $1.4$ TeV$-5.2$ TeV and $100$ TeV $-10^{13}$ GeV, respectively.

研究动机与目标

• 解释CDF-II实验中W玻色子质量测量结果与标准模型预测之间7σ的偏离。
• 在标准模型的最小扩展框架内，提供一种一致的机制以生成小的狄拉克中微子质量。
• 在同时解释W玻色子质量异常和中微子质量生成的前提下，满足严格的电弱精确测量和对撞机约束。
• 识别出与所有实验约束一致的标量和费米子三重态质量的可行参数空间。

提出的方法

• 引入一个超荷为零的矢量型费米子三重态和一个电弱标量三重态，以扩展标准模型。
• 引入全局 U(1)_{B-L} 对称性，由一个超荷为零的电弱三重态实现自发破缺，从而实现狄拉克跷跷板机制。
• 利用三重态场计算W玻色子自能的圈修正，推导出T和U非斜向参数。
• 通过狄拉克跷跷板机制推导中微子质量矩阵，其中轻中微子质量被重三重态质量抑制。
• 应用电弱精确测量数据（S、T、U参数）、LHC对标量和费米子三重态的限制，以及未来FCC的预测结果。
• 进行全局拟合，以确定在所有约束条件下标量和费米子三重态的可行质量范围。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个包含矢量型费米子三重态和标量三重态的最小标准模型扩展，能否同时解释CDF-II实验中W玻色子质量异常并生成小的狄拉克中微子质量？
• RQ2 标量和费米子三重态在何种质量范围内可同时满足W玻色子质量异常和实验约束？
• RQ3 三重态场的圈修正如何影响非斜向T和U参数？其对模型可行性有何影响？
• RQ4 该模型能否通过跷跷板机制自然地生成小的狄拉克中微子质量，而无需引入马约拉纳质量？
• RQ5 对撞机和电弱精确测量约束如何限制标量和费米子三重态的参数空间？

主要发现

• 该模型通过标量和费米子三重态的圈修正，成功解释了CDF-II实验报告的7σ W玻色子质量异常。
• 标量三重态质量被限制在1.4 TeV至5.2 TeV之间，当结合LHC和T参数约束时，最可行的窗口为1.4–5.19 TeV。
• 费米子三重态质量允许范围极广，从100 TeV至10^13 GeV，与无直接探测信号的结果一致。
• T参数约束最为严格，将Higgs门户耦合常数μ_H限制在约2.3 TeV。
• 该模型预测S ≈ 0，T ≈ 0.11 ± 0.12，U ≈ 0.13 ± 0.09，与包含CDF-II结果的全球电弱精确拟合结果一致。
• 该模型满足所有当前对撞机约束，其中LHC对标量三重态的限制（m_Δ > 1065 GeV）和CMS对费米子三重态的限制（M_Σ > 574 GeV）是关键约束条件。