[论文解读] Warped Extra Dimensions: Flavor, Precision Tests and Higgs Physics

Florian Goertz|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本论文研究了兰德尔-容模型中翘曲额外维度的唯象学，重点在于味物理、精确测试以及希格斯玻色子唯象学。论文完成了规范对称性保护的兰德尔-容模型中希格斯粒子产生与衰变的完整一阶微扰计算，表明对超出大型强子对撞机（LHC）探测能力的新物理尺度具有敏感性，并证明兰德尔-容模型中的自然味结构无法解释顶夸克的前后向不对称性。

ABSTRACT

In this thesis, the phenomenology of the Randall-Sundrum setup is investigated. In this context models with and without an enlarged SU(2)_L x SU(2)_R x U(1)_X x P_{LR} gauge symmetry, which removes corrections to the T parameter and to the Z b_L \bar b_L coupling, are compared with each other. The Kaluza-Klein decomposition is formulated within the mass basis, which allows for a clear understanding of various model-specific features. A complete discussion of tree-level flavor-changing effects is presented. Exact expressions for five dimensional propagators are derived, including Yukawa interactions that mediate flavor-off-diagonal transitions. The symmetry that reduces the corrections to the left-handed Z b \bar b coupling is analyzed in detail. In the literature, Randall-Sundrum models have been used to address the measured anomaly in the t \bar t forward-backward asymmetry. However, it will be shown that this is not possible within a natural approach to flavor. The rare decays t o cZ and t o ch are investigated, where in particular the latter could be observed at the LHC. A calculation of Γ_{12}^{B_s} in the presence of new physics is presented. It is shown that the Randall-Sundrum setup allows for an improved agreement with measurements of A_{SL}^s, S_{ψϕ}, and ΔΓ_s. For the first time, a complete one-loop calculation of all relevant Higgs-boson production and decay channels in the custodial Randall-Sundrum setup is performed, revealing a sensitivity to large new-physics scales at the LHC.

研究动机与目标

• 分析具有与不具有扩展规范对称性的兰德尔-容模型的唯象学。
• 研究翘曲额外维度中的味改变过程及其约束条件。
• 计算稀有顶夸克衰变过程 t → cZ 和 t → ch，评估其在大型强子对撞机（LHC）上的可探测性。
• 对规范对称性保护的兰德尔-容模型中所有相关希格斯粒子产生与衰变道完成完整的单圈计算。
• 评估该模型与精确可观测量（如 AsSL、Sψφ 和 ∆Γs）的兼容性。

提出的方法

• 直接在质量基中进行Kaluza-Klein分解，以明确模型特异性特征。
• 推导出包含味非对角Yukawa相互作用的五维传播子的精确表达式。
• 对规范对称性保护的兰德尔-容模型中所有相关希格斯粒子产生与衰变道完成完整的单圈计算。
• 采用数值方法，选取三个不同的兰德尔-容参数点，分析味物理与精确可观测量。
• 应用跑动方程，将∆B = 1算符的威尔逊系数从KK标度演化至底夸克标度。
• 分析规范对称性在抑制T参数与Zb̄b耦合修正中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在兰德尔-容模型中，自然味框架能否解释顶夸克的前后向不对称性？
• RQ2 规范对称性保护的兰德尔-容模型对大型强子对撞机（LHC）上希格斯玻色子产生与衰变的唯象学有何影响？
• RQ3 味非对角Yukawa耦合如何影响翘曲额外维度中的精确可观测量与稀有衰变？
• RQ4 兰德尔-容模型在多大程度上能改善与AsSL、Sψφ和∆Γs测量值的一致性？
• RQ5 希格斯可观测量对超出大型强子对撞机（LHC）直接探测能力的新物理尺度具有多大敏感性？

主要发现

• 与最小兰德尔-容模型相比，规范对称性保护的兰德尔-容模型能更好地与AsSL、Sψφ和∆Γs的测量值一致。
• 稀有衰变过程 t → ch 的分支比可能在大型强子对撞机（LHC）上可观测，其截面可达10 fb量级。
• 该模型预测在希格斯粒子产生与衰变过程中对超出大型强子对撞机（LHC）直接探测能力的新物理尺度具有敏感性。
• 在兰德尔-容框架下，无法通过自然味方法解释顶夸克的前后向不对称性。
• 首次完成规范对称性保护的兰德尔-容模型中希格斯粒子产生与衰变的完整单圈计算，揭示了对标准模型预测的显著修正，尤其在矢量玻色子融合与胶子融合道中。
• 数值结果表明，规范对称性保护模型中的ωqq′Z修正因子较大：ωdLdLZ ≈ 2.9，ωdRdRZ ≈ 150.9，ωdLdRZ ≈ -15.7，表明存在强烈的规范对称性保护效应。