Бозоны W' и Z'

Бозоны W' и Z'
Состав	Элементарная частица
Статистика	бозонный
Семья	Калибровочный бозон
Взаимодействия	Расширение стандартной модели
Статус	Гипотетический
Масса	неизвестный
Распадается на	аналогично W- и Z-бозонам
Электрический заряд	W': ±1 е ; Z': 0 е
Вращаться	1
Спиновые состояния	2

В физике элементарных частиц бозоны W' и Z' (или W-простые и Z-простые бозоны ) относятся к гипотетическим калибровочным бозонам , которые возникают в результате расширения электрослабой симметрии Стандартной модели . Они названы по аналогии с W- и Z-бозонами Стандартной модели .

Типы

Типы W'-бозонов

Бозоны W' часто возникают в моделях с дополнительной SU(2) калибровочной группой по отношению к полной Стандартной модели калибровочной группе $SU (3) \times SU(2) \times U(1)$ . Расширенная симметрия SU(2) × SU(2) спонтанно распадается на диагональную подгруппу SU(2) _W , соответствующую обычной SU(2) в электрослабой теории.

В более общем смысле, может быть $n$ копий SU(2), которые затем разбиваются на диагональ SU(2) _W . Это порождает $n$ ² − 1 разное W′ ⁺, В' ⁻и Z'-бозоны. Такие модели могут возникнуть на основе диаграммы колчана , например, .

Чтобы бозоны W' могли соединиться со слабым изоспином , дополнительный SU(2) и SU(2) Стандартной модели должны смешаться; одна копия SU(2) должна преодолеть шкалу ТэВ (чтобы получить W'-бозоны с массой ТэВ), оставив вторую SU(2) для Стандартной модели. Это происходит в моделях Литтла Хиггса , которые содержат более одной копии SU(2). Поскольку W' возникает в результате разрушения SU(2), он обычно сопровождается Z'-бозоном (почти) той же массы и со связями, связанными со связями W'.

Другая модель с W'-бозонами, но без дополнительного SU(2)-фактора, — это так называемая модель 331 с $\;\beta =\pm {\tfrac {1}{\sqrt {3\;}}}~.$ Цепочка нарушения симметрии SU(3) _L × U(1) _W → SU(2) _W × U(1) _Y приводит к паре W′ ^± бозоны и три Z'-бозона.

Бозоны W' возникают также в теориях Калуцы–Клейна с SU(2) в объеме .

Типы Z'-бозонов

Различные физические модели, выходящие за рамки Стандартной модели, предсказывают разные виды Z'-бозонов.

Модели с новой U(1) калибровочной симметрией ^{[ который? ]}: Z 'является калибровочным бозоном (нарушенной) симметрии U (1).
Е ₆модели: Модель этого типа содержит два Z'-бозона, которые в целом могут смешиваться.
Пати – Приветствую: Помимо четвертого лептонного «цвета», Пати-Салам включает правостороннее слабое взаимодействие с бозонами W 'и Z'.
Топколорная и топ-качели модели динамического нарушения электрослабой симметрии: Обе эти модели имеют Z'-бозоны, которые вызывают образование тех или иных конденсатов.
Маленького Хиггса Модели: Эти модели обычно включают увеличенный калибровочный сектор, который разбит на калибровочную симметрию Стандартной модели вокруг шкалы ТэВ. Помимо одного или нескольких Z'-бозонов, эти модели часто содержат W'-бозоны.
Калуцы – Клейна Модели: Z'-бозон - это возбужденные моды нейтральной объемной калибровочной симметрии.
Расширения Штюкельберга: Z'-бозон возникает в результате связей, обнаруженных в теориях струн с пересекающимися D-бранами (см. действие Штюкельберга ).

Поиски

Прямой поиск моделей с «широкой резонансной шириной»

Следующие утверждения относятся только к моделям с «широкой шириной резонанса ».

AW'-бозон мог быть обнаружен на адронных коллайдерах посредством его распада на лептон плюс нейтрино или топ-кварк плюс нижний кварк после образования в результате кварк-антикварковой аннигиляции . для Ожидается , что досягаемость LHC открытия W' составит несколько ТэВ .

Прямые поиски Z'-бозонов проводятся на адронных коллайдерах, поскольку они открывают доступ к самым высоким доступным энергиям. Поиски направлены на дилептонные резонансы большой массы : Z'-бозон может возникнуть в результате аннигиляции кварка-антикварка и распада на пару электрон - позитрон или пару мюонов с противоположным зарядом . Самые строгие ограничения тока исходят от Фермилаба Теватрона и зависят от связей Z'-бозона (которые контролируют сечение образования ); по состоянию на 2006 год Тэватрон исключает Z'-бозоны с массой до 800 ГэВ для «типичных» сечений, предсказанных в различных моделях. ^{[ 2 ]}

Прямой поиск моделей с «узкой шириной резонанса»

Недавно появились классы моделей, которые естественным образом обеспечивают характеристики поперечного сечения, которые находятся на краю или немного ниже пределов уровня достоверности 95%, установленных Тэватроном, и, следовательно, могут генерировать обнаруживаемые сигналы поперечного сечения для Z'-бозона в значительном диапазоне масс. ближе к полюсной массе Z, чем модели «широкой ширины», обсуждавшиеся выше.

В эту категорию попадают модели «узкой ширины», которые предсказывают Z' Штюкельберга, а также Z' из универсального дополнительного измерения (см. «Путеводитель охотников Z» . ссылки на эти статьи).

7 апреля 2011 года коллаборация CDF на Теватроне сообщила об избытке протон- антипротонных столкновений событий , в результате которых образуется W-бозон, сопровождаемый двумя адронными струями . Возможно, это можно было бы интерпретировать в терминах Z'-бозона. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

2 июня 2015 года эксперимент ATLAS на БАК сообщил о доказательствах существования W'-бозонов со значимостью 3,4 $σ$ , что все еще слишком мало, чтобы претендовать на официальное открытие. ^{[ 5 ]} Исследователи эксперимента CMS также независимо сообщили о сигналах, подтверждающих выводы ATLAS.

В марте 2021 года появилось несколько сообщений, намекающих на возможное существование Z'-бозонов как неожиданное отличие в том, как распадаются красивые кварки с образованием электронов или мюонов. Измерение было проведено при статистической значимости 3,1 $σ$ , что значительно ниже уровня 5 $σ$ , который традиционно считается достаточным доказательством открытия. ^{[ 6 ]}

Z'-Y-смешивания

Мы могли бы иметь калибровочное кинетическое смешивание между U(1)' Z'-бозона и U(1 _Y гиперзаряда ) . Это смешивание приводит к на уровне дерева модификации параметров Пескина – Такеучи .

См. также

X и Y-бозоны – гипотетические элементарные частицы.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Дж. Берингер и др. ( Группа данных о частицах ) (2012). «Обзор физики элементарных частиц» . Физический обзор D . 86 (1): 010001. Бибкод : 2012PhRvD..86a0001B . дои : 10.1103/PhysRevD.86.010001 . hdl : 10481/34377 .
^ А. Абуленсия и др. ( сотрудничество CDF ) (2006). «Найти Z′ → e ⁺и ⁻ с использованием массы диэлектрона и углового распределения». Physical Review Letters . 96 (21): 211801. arXiv : hep-ex/0602045 . Бибкод : 2006PhRvL..96u1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.211801 . PMID 16803227 .
^ Вуллакотт, Эмма (7 апреля 2011 г.). «Данные Тэватрона указывают на неизвестную новую частицу» . ТГ Дейли .
^ «Пик данных Fermilab, вызывающий волнение» . Журнал «Симметрия» . Фермилаб/SLAC. 07.04.2011.
^ Слезак, Михаил (22 августа 2015 г.). «Возможные новые частицы намекают на то, что Вселенная не может быть левой» . Новый учёный .
^ Джонстон, Хэмиш (23 марта 2021 г.). «Была ли в ЦЕРНе обнаружена новая частица под названием «лептокварк»?» . Мир физики . Архивировано из оригинала 24 марта 2021 года.

Дальнейшее чтение

Т.Г. Риццо (2006). «Z 'Феноменология и БАК». arXiv : hep-ph/0610104 . , педагогический обзор феноменологии Z '( лекции TASI 2006 г. )
П. Ринкон (17 мая 2010 г.). «Поиск частиц на БАКе приближается», — говорит физик» . Новости Би-би-си .

Более продвинутый:

Абуленсия, А.; Сотрудничество CDF; и др. (2006). «Найти Z′ → e ⁺и ⁻ с использованием диэлектронной массы и углового распределения». Physical Review Letters . 96 (211801): 211801. arXiv : hep-ex/0602045 . Бибкод : 2006PhRvL..96u1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.211801 . PMID 16803227 .
Амини, Хассиб (2003). «Радиационные поправки к массам Хиггса в моделях Z '». Новый журнал физики . 5 (49): 49. arXiv : hep-ph/0210086 . Бибкод : 2003NJPh....5...49A . дои : 10.1088/1367-2630/5/1/349 . S2CID 15264222 .
Аоки, Маюми; Осимо, Нориюки (2000). «Суперсимметричное расширение стандартной модели с естественно стабильным протоном». Физический обзор D . 62 (55013): 55013. arXiv : hep-ph/0003286 . Бибкод : 2000PhRvD..62e5013A . дои : 10.1103/PhysRevD.62.055013 . S2CID 14168936 .
Аоки, Маюми; Осимо, Нориюки (2000). «Суперсимметричная модель с дополнительной калибровочной симметрией U (1)». Письма о физических отзывах . 84 (23): 5269–5272. arXiv : hep-ph/9907481 . Бибкод : 2000PhRvL..84.5269A . doi : 10.1103/PhysRevLett.84.5269 . ПМИД 10990921 . S2CID 15033987 .
Аппелквист, Томас; Добреску, Богдан А.; Хоппер, Адам Р. (2003). «Неэкзотические нейтральные калибровочные бозоны». Физический обзор D . 68 (35012): 35012. arXiv : hep-ph/0212073 . Бибкод : 2003PhRvD..68c5012A . дои : 10.1103/PhysRevD.68.035012 . S2CID 119091245 .
Бабу, Канзас; Колда, Кристофер Ф.; Марч-Рассел, Джон (1996). «Лептофобные U (1) и _{кризис Rb} –Rc _» . Физический обзор D . 54 (7): 4635–4647. arXiv : hep-ph/9603212 . Бибкод : 1996PhRvD..54.4635B . дои : 10.1103/PhysRevD.54.4635 . ПМИД 10021145 . S2CID 38299279 .
Баргер, Вернон Д.; Виснант, К. (1987). «Использование Z-лептонной асимметрии для определения смешивания Z-бозона и Z'-бозона суперструн E ₆ ». Физический обзор D . 36 (3): 979–82. Бибкод : 1987PhRvD..36..979B . дои : 10.1103/PhysRevD.36.979 . ПМИД 9958259 .
Барр, С.М.; Дорснер, И. (2005). «Происхождение своеобразного дополнительного U (1)». Физический обзор D . 72 (15011): 015011. arXiv : hep-ph/0503186 . Бибкод : 2005PhRvD..72a5011B . doi : 10.1103/PhysRevD.72.015011 . S2CID 119492913 .
Батра, Пунит; Добреску, Богдан А.; Спивак, Дэвид (2006). «Безаномальные множества фермионов». Журнал математической физики . 47 (82301): 2301. arXiv : hep-ph/0510181 . Бибкод : 2006JMP....47h2301B . дои : 10.1063/1.2222081 . S2CID 9830964 .
Карена, Марсела С.; Далео, Алехандро; Добреску, Богдан А.; Тейт, Тим, член парламента (2004). «Z 'калибровочные бозоны на Тэватроне». Физический обзор D . 70 (93009): 093009. arXiv : hep-ph/0408098 . Бибкод : 2004PhRvD..70i3009C . дои : 10.1103/PhysRevD.70.093009 . S2CID 118616267 .
Демир, Дурмус А.; Кейн, Гордон Л.; Ван, Тин Т. (2005). «Минимальное U (1) 'расширение MSSM». Физический обзор D . 72 (15012): 015012. arXiv : hep-ph/0503290 . Бибкод : 2005PhRvD..72a5012D . дои : 10.1103/PhysRevD.72.015012 . S2CID 17656689 .
Диттмар, Майкл; Николлера, Анн-Сильви; Джуади, Абдельхак (2004). «Исследования Z на БАКе: обновленная информация». Буквы по физике Б. 583 (1–2): 111–120. arXiv : hep-ph/0307020 . Бибкод : 2004PhLB..583..111D . дои : 10.1016/j.physletb.2003.09.103 . S2CID 15749848 .
Эмам, В.; Халил, С. (2007). «Феноменология Хиггса и Z 'в B - L расширении стандартной модели на БАК». Европейский физический журнал C . 522 (3): 625–633. arXiv : 0704.1395 . Бибкод : 2007EPJC...52..625E . дои : 10.1140/epjc/s10052-007-0411-7 . S2CID 18985438 .
Эрлер, Йенс (2000). «Киральные модели слабомасштабной суперсимметрии». Ядерная физика Б . 586 (1): 73–91. arXiv : hep-ph/0006051 . Бибкод : 2000НуФБ.586...73Е . дои : 10.1016/S0550-3213(00)00427-2 . S2CID 16728305 .
Эверетт, Лиза Л.; Лангакер, Пол; Плюмахер, Майкл; Ван, Цзин (2000). «Альтернативные суперсимметричные спектры». Буквы по физике Б. 477 (1–3): 233–241. arXiv : hep-ph/0001073 . Бибкод : 2000PhLB..477..233E . дои : 10.1016/S0370-2693(00)00187-8 . S2CID 16294141 .
Файфер, С.; Сингер, П. (2002). «Ограничения на тяжелые связи Z' из Δ S = 2 B ⁻ → К ⁻К ⁻п ⁺ . Physical Review D. 65 ( 17301): 017301. arXiv : hep-ph/0110233 Бибкод : 2001PhRvD..65a7301F . doi : 10.1103 /PhysRevD.65.017301 . S2CID 117080415 .
Феррогья, А.; Лорка, А.; ван дер Бидж, Джей Джей (2007). «Z 'переосмысленный». Аннален дер Физик . 16 (7–8): 563–578. arXiv : hep-ph/0611174 . Бибкод : 2007АнП...519..563Ф . дои : 10.1002/andp.200710249 . S2CID 17347199 .
Хайретер, Альпер (2007). «Дилептонные сигнатуры семейства неуниверсальных U (1) ′». Буквы по физике Б. 649 (2–3): 191–196. arXiv : hep-ph/0703269 . Бибкод : 2007PhLB..649..191H . дои : 10.1016/j.physletb.2007.03.049 . S2CID 16059648 .
Канг, Джунхай; Лангакер, Пол (2005). «Пределы открытия Z 'для суперсимметричных моделей E ₆ ». Физический обзор D . 71 (35014): 035014. arXiv : hep-ph/0412190 . Бибкод : 2005PhRvD..71c5014K . дои : 10.1103/PhysRevD.71.035014 . S2CID 9649745 .
Моррисси, Дэвид Э.; Уэллс, Джеймс Д. (2006). «Напряжение между объединением калибровочной связи, массой бозона Хиггса и нарушающим калибровку происхождением суперсимметричного μ-члена». Физический обзор D . 74 (15008): 15008. arXiv : hep-ph/0512019 . Бибкод : 2006PhRvD..74a5008M . doi : 10.1103/PhysRevD.74.015008 . S2CID 119467594 .

Внешние ссылки

The Z' Hunter's Guide , сборник статей и бесед, касающихся Z'-физики.
Z 'физика на arxiv.org

[pdg-1] Jump up to: ^а ^б Дж. Берингер и др. ( Группа данных о частицах ) (2012). «Обзор физики элементарных частиц» . Физический обзор D . 86 (1): 010001. Бибкод : 2012PhRvD..86a0001B . дои : 10.1103/PhysRevD.86.010001 . hdl : 10481/34377 .

[2] А. Абуленсия и др. ( сотрудничество CDF ) (2006). «Найти Z′ → e ⁺и ⁻ с использованием массы диэлектрона и углового распределения». Physical Review Letters . 96 (21): 211801. arXiv : hep-ex/0602045 . Бибкод : 2006PhRvL..96u1801A . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.211801 . PMID 16803227 .

[3] Вуллакотт, Эмма (7 апреля 2011 г.). «Данные Тэватрона указывают на неизвестную новую частицу» . ТГ Дейли .

[4] «Пик данных Fermilab, вызывающий волнение» . Журнал «Симметрия» . Фермилаб/SLAC. 07.04.2011.

[W'-NewScientist-5] Слезак, Михаил (22 августа 2015 г.). «Возможные новые частицы намекают на то, что Вселенная не может быть левой» . Новый учёный .

[6] Джонстон, Хэмиш (23 марта 2021 г.). «Была ли в ЦЕРНе обнаружена новая частица под названием «лептокварк»?» . Мир физики . Архивировано из оригинала 24 марта 2021 года.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]