В физике элементарных частиц , W 'и Z' бозонов (или W-простое и Z-бозонов простое ) относятся к гипотетическим калибровочных бозонов , которые возникают из расширений электрослабой симметрии в стандартной модели . Они названы по аналогии с W- и Z-бозонами Стандартной модели .
Состав | Элементарная частица |
---|---|
Статистика | Бозонный |
Взаимодействия | Расширение стандартной модели [1] |
Статус | Гипотетический |
Масса | неизвестный |
Распадается на | аналогично W- и Z-бозонам |
Электрический заряд | W ′: ± 1 e Z ′: 0 e |
Вращение | 1 [1] |
Спиновые состояния | 2 |
Типы
Типы W ′ бозонов
W ′ бозоны часто возникают в моделях с дополнительной калибровочной группой SU (2) относительно полной калибровочной группы Стандартной модели SU (3) × SU (2) × U (1) . Расширенная симметрия SU (2) × SU (2) спонтанно распадается на диагональную подгруппу SU (2) W, которая соответствует обычной SU (2) в электрослабой теории.
В более общем смысле , не может быть п копий SU (2), которые затем разбиваются на диагонали SU (2) W . Это порождает n 2 - 1 различных W ′ + , W ′ - и Z ′ бозонов. Такие модели могут возникнуть, например, из диаграммы колчана .
Чтобы W ′ бозоны соединялись со слабым изоспином , дополнительный SU (2) и Стандартная модель SU (2) должны смешаться; одна копия SU (2) должна разбиться вокруг масштаба ТэВ (чтобы получить W 'бозоны с массой ТэВ), оставляя второй SU (2) для Стандартной модели. Это происходит в моделях Литтла Хиггса, которые содержат более одной копии SU (2). Поскольку W 'возникает из-за разрушения SU (2), обычно он сопровождается Z' -бозоном (почти) той же массы и со связями, связанными с W '-связями.
Другой моделью с W ′ -бозонами, но без дополнительного SU (2) -фактора является так называемая модель 331 сЦепочка нарушения симметрии SU (3) L × U (1) W → SU (2) W × U (1) Y приводит к паре W ′ ± бозонов и трем Z ′ бозонам.
W ′ -бозоны возникают также в теориях Калуцы – Клейна с SU (2) в объеме .
Типы Z ′ бозонов
Различные модели физики, выходящие за рамки Стандартной модели, предсказывают разные виды Z 'бозонов.
- Модели с новой калибровочной симметрией U (1) [ какая? ]
- Z ′ - калибровочный бозон (нарушенной) U (1) -симметрии.
- Модели E 6
- Этот тип модели содержит два Z ′ -бозона, которые в общем случае могут смешиваться.
- Модели динамического нарушения электрослабой симметрии TopColor и Top- качели
- Обе эти модели имеют Z ′ бозоны, которые выбирают образование определенных конденсатов.
- Маленькие модели Хиггса
- Эти модели обычно включают увеличенный измерительный сектор, который разбит на калибровочную симметрию Стандартной модели относительно шкалы ТэВ. В дополнение к одному или нескольким Z ′ бозонам эти модели часто содержат W ′ бозоны.
- Модели Калуцы – Клейна
- Бозон Z ′ - это возбужденные моды с нейтральной калибровочной симметрией.
- Расширения Штюкельберга
- Источником Z ′ -бозона являются связи, обнаруженные в теориях струн с пересекающимися D-бранами (см. Действие Штюкельберга ).
Поиски
Прямой поиск моделей с "широкой шириной резонанса"
Следующие утверждения относятся только к моделям с «широкой шириной резонанса ».
AW'-бозон может быть обнаружен на адронных коллайдерах через его распад на лептон плюс нейтрино или верхний кварк плюс нижний кварк после образования в аннигиляции кварк-антикварк . Ожидается, что дальность открытия W 'на LHC составит несколько ТэВ .
Прямые поиски Z′-бозонов ведутся на адронных коллайдерах, поскольку они дают доступ к самым высоким доступным энергиям. Поисковые выглядит для дилептонных большой массы резонансов : Z 'бозон будет продуцируемые кварк-антикварк аннигиляции и распада на электрон - позитрон пары или пары противоположных заряженных мюонов . Наиболее строгие ограничения по току исходят от Теватрона Фермилаб и зависят от связей Z′-бозона (которые контролируют сечение образования ); по состоянию на 2006 г. Тэватрон исключает Z′-бозоны с массами до 800 ГэВ для «типичных» сечений, предсказываемых в различных моделях. [2]
Прямой поиск моделей с "узкой шириной резонанса"
Появились недавние классы моделей, которые, естественно, обеспечивают сигнатуры поперечного сечения, которые находятся на грани или немного ниже 95% -ного уровня достоверности, установленного Tevatron, и, следовательно, могут генерировать обнаруживаемые сигналы поперечного сечения для Z '-бозона в диапазоне масс значительно ниже 95%. ближе к Z полюсной массе, чем модели «широкой ширины», рассмотренные выше.
Эти модели «узкой ширины», которые попадают в эту категорию, предсказывают Z 'Штюкельберга, а также Z' из универсального дополнительного измерения (см. «Руководство охотника Z '» . ссылки на эти статьи).
7 апреля 2011 года, сотрудничество CDF на тэватроне сообщило избыток в протонах антипротона столкновения событий , которые производят W - бозон в сопровождении двух адронный струй . Возможно, это можно интерпретировать в терминах Z ′ -бозона. [3] [4]
2 июня 2015 года эксперимент ATLAS на LHC сообщил о наличии W′-бозонов со значением 3,4 σ , все еще слишком низким, чтобы претендовать на формальное открытие. [5] Исследователи эксперимента CMS также независимо друг от друга сообщили о сигналах, подтверждающих выводы ATLAS.
В марте 2021 года появились сообщения, намекающие на возможное существование Z ′ бозонов как на неожиданное различие в том, как прекрасные кварки распадаются с образованием электронов или мюонов. Измерение было выполнено со статистической значимостью 3,1 σ , что значительно ниже уровня 5 σ, который традиционно считается достаточным доказательством открытия. [6]
Z′ – Y-смешения
Мы могли бы иметь калибровочные кинетические замесы между U (1) 'из Z' бозона и U (1) Y из гиперзаряда . Это смешивание приводит к модификации параметров Пескина – Такеучи на трехуровневом уровне .
Смотрите также
- X- и Y-бозоны
Рекомендации
- ^ а б J. Beringer et al. ( Группа данных по частицам ) (2012). «Обзор физики элементарных частиц» . Physical Review D . 86 (1): 010001. Bibcode : 2012PhRvD..86a0001B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.86.010001 .
- ^ A. Abulencia et al. ( Сотрудничество CDF ) (2006). «Поиск Z ′ → e + e - по массе и угловому распределению диэлектрона». Письма с физическим обзором . 96 (21): 211801. arXiv : hep-ex / 0602045 . Bibcode : 2006PhRvL..96u1801A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.96.211801 . PMID 16803227 .
- ^ Вуллакотт, Эмма (07.04.2011). «Данные Теватрона указывают на неизвестную новую частицу» . TG Daily .
- ^ «Пик данных Фермилаба, вызывающий ажиотаж» . Журнал Симметрия . Фермилаб / SLAC. 2011-04-07.
- ^ Слезак, Майкл (22 августа 2015 г.). «Возможные новые подсказки частиц , что Вселенная не может быть левшой» . Новый ученый .
- ^ Джонстон, Хэмиш (23 марта 2021 г.). «Была ли обнаружена новая частица под названием« лептокварк »в ЦЕРНе?» . Мир физики . Архивировано из оригинального 24 марта 2021 года .
дальнейшее чтение
- Т.Г. Риццо (2006). «Z ′ Феноменология и LHC». arXiv : hep-ph / 0610104 ., педагогический обзор феноменологии Z ′ ( лекции ТАСИ 2006 г. )
- П. Ринкон (17 мая 2010 г.). «Приближается поиск частиц на LHC, - говорит физик» . BBC News .
Более продвинутый:
- Abulencia, A .; CDF Collaboration; и другие. (2006). «Поиск Z ′ → e + e - по массе и угловому распределению диэлектрона». Письма с физическим обзором . 96 (211801): 211801. arXiv : hep-ex / 0602045 . Bibcode : 2006PhRvL..96u1801A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.96.211801 . PMID 16803227 .
- Амини, Хассиб (2003). «Радиационные поправки к массам Хиггса в Z ′ моделях». Новый журнал физики . 5 (49): 49. arXiv : hep-ph / 0210086 . Bibcode : 2003NJPh .... 5 ... 49A . DOI : 10,1088 / 1367-2630 / 5/1/349 . S2CID 15264222 .
- Аоки, Маюми; Осимо, Нориюки (2000). «Суперсимметричное расширение стандартной модели с естественно стабильным протоном». Physical Review D . 62 (55013): 55013. arXiv : hep-ph / 0003286 . Bibcode : 2000PhRvD..62e5013A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.62.055013 . S2CID 14168936 .
- Аоки, Маюми; Осимо, Нориюки (2000). «Суперсимметричная модель с дополнительной калибровочной симметрией U (1)». Письма с физическим обзором . 84 (23): 5269–5272. arXiv : hep-ph / 9907481 . Bibcode : 2000PhRvL..84.5269A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.5269 . PMID 10990921 . S2CID 15033987 .
- Аппельквист, Томас; Добреску, Богдан А .; Хоппер, Адам Р. (2003). «Неэкзотические нейтральные калибровочные бозоны». Physical Review D . 68 (35012): 35012. arXiv : hep-ph / 0212073 . Bibcode : 2003PhRvD..68c5012A . DOI : 10.1103 / PhysRevD.68.035012 . S2CID 119091245 .
- Бабу, KS; Колда, Кристофер Ф .; Марч-Рассел, Джон (1996). «Лептофобные U (1) s и кризис R b –R c ». Physical Review D . 54 (7): 4635–4647. arXiv : hep-ph / 9603212 . Bibcode : 1996PhRvD..54.4635B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.54.4635 . PMID 10021145 . S2CID 38299279 .
- Баргер, Вернон Д.; Уиснант, К. (1987). «Использование Z-лептонной асимметрии для определения смешивания Z-бозона и Z ′ бозона E 6 суперструн». Physical Review D . 36 (3): 979–82. Bibcode : 1987PhRvD..36..979B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.36.979 . PMID 9958259 .
- Барр, С. М.; Дорснер, И. (2005). «Происхождение своеобразной лишней U (1)». Physical Review D . 72 (15011): 015011. arXiv : hep-ph / 0503186 . Bibcode : 2005PhRvD..72a5011B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.72.015011 . S2CID 119492913 .
- Батра, Пунит; Добреску, Богдан А .; Спивак, Дэвид (2006). «Безаномальные наборы фермионов». Журнал математической физики . 47 (82301): 2301. arXiv : hep-ph / 0510181 . Bibcode : 2006JMP .... 47х2301Б . DOI : 10.1063 / 1.2222081 . S2CID 9830964 .
- Carena, Marcela S .; Далео, Алехандро; Добреску, Богдан А .; Тейт, Тим MP (2004). «Z ′ калибровочные бозоны на Тэватроне». Physical Review D . 70 (93009): 093009. arXiv : hep-ph / 0408098 . Bibcode : 2004PhRvD..70i3009C . DOI : 10.1103 / PhysRevD.70.093009 . S2CID 118616267 .
- Demir, Durmus A .; Кейн, Гордон Л .; Ван, Тинг Т. (2005). «Минимальное U (1) ′ расширение MSSM». Physical Review D . 72 (15012): 015012. arXiv : hep-ph / 0503290 . Bibcode : 2005PhRvD..72a5012D . DOI : 10.1103 / PhysRevD.72.015012 .
- Диттмар, Майкл; Николлера, Анн-Сильви; Джуади, Абдельхак (2004). «Z 'учится на LHC: новости». Физика Письма Б . 583 (1–2): 111–120. arXiv : hep-ph / 0307020 . Bibcode : 2004PhLB..583..111D . DOI : 10.1016 / j.physletb.2003.09.103 . S2CID 15749848 .
- Emam, W .; Халил, С. (2007). «Феноменология Хиггса и Z ′ в расширении B - L стандартной модели на LHC». Европейский физический журнал C . 522 (3): 625–633. arXiv : 0704.1395 . Bibcode : 2007EPJC ... 52..625E . DOI : 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 . Bibcode : 2000NuPhB.586 ... 73E . DOI : 10.1016 / S0550-3213 (00) 00427-2 . S2CID 16728305 .
- Эверетт, Лиза Л .; Лангакер, Пол; Плумахер, Майкл; Ван, Цзин (2000). «Альтернативные суперсимметричные спектры». Физика Письма Б . 477 (1–3): 233–241. arXiv : hep-ph / 0001073 . Bibcode : 2000PhLB..477..233E . DOI : 10.1016 / S0370-2693 (00) 00187-8 . S2CID 16294141 .
- Файфер, С .; Зингер, П. (2002). «Ограничения на тяжелые Z ′ связи от Δ S = 2 B - → K - K - π + распад». Physical Review D . 65 (17301): 017301. arXiv : hep-ph / 0110233 . Bibcode : 2002PhRvD..65a7301F . DOI : 10.1103 / PhysRevD.65.017301 . S2CID 117080415 .
- Ferroglia, A .; Lorca, A .; ван дер Бидж, Дж. Дж. (2007). «Z 'пересмотрел». Annalen der Physik . 16 (7–8): 563–578. arXiv : hep-ph / 0611174 . Bibcode : 2007AnP ... 519..563F . DOI : 10.1002 / andp.200710249 . S2CID 17347199 .
- Хайретер, Альпер (2007). «Дилептонные сигнатуры неуниверсального семейства U (1) ′». Физика Письма Б . 649 (2–3): 191–196. arXiv : hep-ph / 0703269 . Bibcode : 2007PhLB..649..191H . DOI : 10.1016 / j.physletb.2007.03.049 . S2CID 16059648 .
- Канг, Цзюньхай; Лангакер, Пол (2005). «Пределы открытия Z ′ для суперсимметричных моделей E 6 ». Physical Review D . 71 (35014): 035014. arXiv : hep-ph / 0412190 . Bibcode : 2005PhRvD..71c5014K . DOI : 10.1103 / PhysRevD.71.035014 . S2CID 9649745 .
- Моррисси, Дэвид Э .; Уэллс, Джеймс Д. (2006). «Напряжение между объединением калибровочной связи, массой бозона Хиггса и нарушением калибровки происхождением суперсимметричного μ-члена». Physical Review D . 74 (15008): 15008. arXiv : hep-ph / 0512019 . Bibcode : 2006PhRvD..74a5008M . DOI : 10.1103 / PhysRevD.74.015008 . S2CID 119467594 .
Внешние ссылки
- Руководство Z 'Hunter's , сборник статей и бесед о физике Z'
- Z ′ физика на arxiv.org