余剰次元のモデルとLHC - PDF 無料ダウンロード

余剰次元のモデルと LHC 松本重貴 ( 東北大学 ) 1.TeraScale の物理と余剰次元のモデル.LHC における ( 各 ) 余剰次元モデルの典型的なシグナルについて

TeraScale の物理と余剰次元のモデル Standard Model ほとんどの実験結果を説明可能な模型でも問題点もある ( Hierarchy problem, neutrino mass, CKM matrix, GUT, Dark Matter, Dark Energy, Baryogenesis, Inflation ) Standard Model (SM) は間違ってるの? No! SM は低エネルギー (100 GeV 以下 ) の物理を記述する有効理論でより高い ( よりミクロ ) エネルギースケールではより基本的な素粒子模型 (New hysics) が現れるどの程度のエネルギースケールで New hysics が現れるの? ヒッグス質量に対する輻射補正からヒントが得られる

TeraScale の物理と余剰次元のモデル Standard Model どの程度のエネルギースケールで New hysics が現れるの? ヒッグス質量に対する輻射補正からヒントが得られる m h = h (100 GeV) m 0 (bare mass) 0.01 Λ SM h + h h Λ SM < O(1) TeV New hysics at 1 TeV (100 GeV) for Λ SM = 1 TeV (1 TeV) for Λ SM = 100 TeV

TeraScale の物理と余剰次元のモデル SM の持つ諸問題を余剰次元を導入することにより TeraScale で解決する模型を紹介しこれらの模型の LHC における典型的なシグナルについて議論する SM の諸問題を余剰次元を用いてどのスケールで解決されるかは定かではないが Standard Model New hysics Hierarchy roblem Little Hierarchy Dark Matter EW vs. M pl Λ SM vs. LE What is DM? ADD 模型 LS 模型 GHU 模型 LHT 模型 UED 模型

余剰次元の影響は ( 余剰次元を伝搬する ) 粒子の KK 粒子 ( 質量は 1/R 程度 ) として現れる! 余剰次元模型と Kaluza-Klein 粒子たち Arkani-Hamed, Dmopoulos, Dvali (1998) 5 次元の作用 ( )( ) + Φ Φ Φ =... 1 0 5 m x d S M M bulk M=0,1,,3,5 & Φ = Φ(x μ, y) ( ) R iny n n e R y x / ) ( 1, = = Φ ϕ π μ ( )( ) ( ) + + = n n n n bulk m R n x d S... 1 ) ( 0 ) ( ) ( 4 φ φ φ μ μ 4 次元の作用

余剰次元模型と Kaluza-Klein 粒子たち余剰次元の影響は ( 余剰次元を伝搬する ) 粒子の KK 粒子 ( 質量は 1/R 程度 ) として現れる! Brane の存在 (y = 0 でのみ値を持つ場の存在 ) S = Sbulk + d x [ ψ ( i m) ψ + gψψ Φ( x 結局 4 μ,0)] Brane 場は KK 粒子を持たない! 余剰次元の特徴的なシグナル = KK 粒子の存在 (LHC で発見できる?)

ADD 模型 Arkani-Hamed, Dmopoulos, Dvali (1998) S bulk + δ 4 δ = M F d x d y G R4+ δ = M l d 4 x g R 4 Graviton 余剰次元 :T δ δ-dim M + δ l = M F ( πr) δ If M F = 1 TeV (1mm) -1 =10-3 ev LHC のシグナル =KK Graviton!

ADD 模型 Arkani-Hamed, Dmopoulos, Dvali (1998) Graviton の相互作用は M pl で抑制されてるけど数が多いので OK! G (n) -emission jet G (n) 100 fb 1 Virtual G (n) G (n) l +, γ l -, γ 100 fb 1 L.Vacavant, I.Hinchliffe (001) V.Kabachenko, A.Miagkov, A.Zenin (001)

ADD 模型 Arkani-Hamed, Dmopoulos, Dvali (1998) Graviton の相互作用は M pl で抑制されてるけど数が多いので OK! G (n) -emission jet G (n) 100 fb 1 Virtual G (n) G (n) l +, γ l -, γ RealよりVirtualが効く 100 fb 1 実は Amplitude は発散 Regularization が必要 (UV completion 模型が必要 ) ちなみにこれらの結果は s が M F より小さい場合を考えている L.Vacavant, I.Hinchliffe (001) 大きい場合はB.H. 生成次のTalk V.Kabachenko, A.Miagkov, A.Zenin (001)

RS 模型 Randall, Sundrum (1999) Graviton Einstein 方程式の解! φ 0 π Slice of AdS (5-dim) G (n) mass k pl G (n) interactions 0 mode は φ = 0 に n mode は φ = π に局在! LHC のシグナル =KK Graviton!

100 fb 1 M = 1.5 TeV RS 模型 Randall, Sundrum (1999) G (n) roduction (Narrow Resonance) G (n) e + e - B.C.Allanach, K.Odagiri, M.A.arker, B.R.Weber (000)

UED 模型 Appelquist, Cheng, Dobrescu (001) 5dim Standard Model R 全 SM 粒子が 5 次元時空を伝搬する模型 ( 全 SM 粒子が KK 粒子を持つ ) nth-kk 粒子の質量 ~ n/r ( 各 KK 数において縮退!) LHC のシグナル =SM の KK 粒子達! KK parity の存在! (A B + C): p 5A = p 5B + p 5C S 1 compact: n A = n B + n C Z compact: ( 1) na = ( 1) nb + nc nth KK 粒子の parity = (-1) n LK = DM candidate (1 st KK photon)

UED 模型 Appelquist, Cheng, Dobrescu (001) Leptons with E Tmiss V () productions (pb) 10 V () l + l - Total qq g () A () qq A () qq qq () A () 10 1 M.Kazana, CMS CR 006/06 10 3 A () production 400 800 100 1/R (GeV) S.M., J.Sato, Senami, Yamanaka (008?)

LHT 模型 Arkani-Hamed, Cohoen, Katz, Nelson (00) E 10 TeV 1 TeV 0.1 TeV SU(5) [SU() U(1)] SO(5) SU() U(1) Higgs field (Standard Model) 1.Higgs は SU(5) SO(5) の pseudo NG 粒子.Explicit Breaking は Higgs の次発散が 1-loop level で出ないようにアレンジ! 模型自身は nlσ-model で記述! SM 粒子の LH partners W H,Z H,A H,T +,T - 等々 Constraints Top partner productions Colored New article = T + & T - Top partner の質量 ~800 GeV LHC のシグナル =Top artners!

LHT 模型 Arkani-Hamed, Cohoen, Katz, Nelson (00) T - production T - T - T + production T + T + S.M, Nojiri, Nomura (007) S.M., T.Moroi, K.Tobe (008?)

Summary 1. 標準模型の問題点を TeraScale において解決する余剰次元模型等 (ADD,LS,UED LHT) を紹介. LHC におけるこれら New hysics のシグナルは余剰次元を飛ぶ粒子の KK 粒子たち 3. KK 粒子たちのシグナルは結構派手! (SM との区別は容易 ) 4. 一旦 New hysics のシグナルが見えた際に実際にどのような物理が実現しているか ( 模型間の区別 ) には詳細な解析は必要