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Bosones W′ y Z′

En física de partículas , los bosones W′ y Z′ (o bosones W-prime y Z-prime ) se refieren a bosones de calibre hipotéticos que surgen de extensiones de la simetría electrodébil del modelo estándar . Se nombran en analogía con los bosones W y Z del modelo estándar .

Tipos

Tipos de bosones W′

Los bosones W′ a menudo surgen en modelos con un grupo de calibre SU(2) adicional en relación con el grupo de calibre completo del modelo estándar SU (3) × SU(2) ×  U(1) . La simetría extendida SU(2) × SU(2) se rompe espontáneamente en el subgrupo diagonal SU(2) W que corresponde al SU(2) convencional en la teoría electrodébil.

De manera más general , podría haber n copias de SU(2), que luego se descomponen en una diagonal SU(2) W. Esto da lugar a n 2 − 1 bosones W′ + , W′ − y Z′ diferentes . Estos modelos podrían surgir , por ejemplo, de un diagrama de carcaj .

Para que los bosones W′ se acoplen al isospin débil , el SU(2) adicional y el modelo estándar SU(2) deben mezclarse; una copia de SU(2) debe romper la escala TeV (para obtener bosones W′ con una masa de TeV) dejando una segunda SU(2) para el modelo estándar. Esto sucede en los modelos de Little Higgs que contienen más de una copia de SU(2). Debido a que el W′ proviene de la ruptura de un SU(2), generalmente va acompañado de un bosón Z′ de (casi) la misma masa y con acoplamientos relacionados con los acoplamientos W′.

Otro modelo con bosones W′ pero sin un factor SU(2) adicional es el llamado modelo 331 con La cadena de ruptura de simetría SU(3) L × U(1) W → SU(2) W × U(1) Y conduce a un par de bosones W′ ± y tres bosones Z′.

Los bosones W′ también surgen en las teorías de Kaluza-Klein con SU(2) en su mayor parte .

Tipos de bosones Z′

Varios modelos de física más allá del modelo estándar predicen diferentes tipos de bosones Z′.

Modelos con una nueva simetría de calibre U(1) [ ¿cuál? ]
El Z′ es el bosón de calibre de la simetría U(1) (rota).
Modelos E6​
Este tipo de modelo contiene dos bosones Z′, que pueden mezclarse en general.
Pati–Salam
Además de un cuarto "color" leptónico, Pati-Salam incluye una interacción débil diestra con los bosones W′ y Z′.
Modelos Topcolor y Top Seesaw de ruptura de simetría dinámica electrodébil
Ambos modelos tienen bosones Z′ que seleccionan la formación de condensados ​​particulares.
Modelos del pequeño Higgs
Estos modelos suelen incluir un sector de calibre ampliado, que se desglosa según la simetría de calibre del modelo estándar alrededor de la escala TeV. Además de uno o más bosones Z′, estos modelos suelen contener bosones W′.
Modelos Kaluza-Klein
Los bosones Z′ son los modos excitados de una simetría de calibre masivo neutro.
Extensiones de Stueckelberg
El bosón Z′ proviene de acoplamientos que se encuentran en las teorías de cuerdas con D-branas que se cruzan (ver acción de Stueckelberg ).

Búsquedas

Búsquedas directas de modelos de "amplio ancho de resonancia"

Las siguientes declaraciones se refieren únicamente a los modelos de " ancho de resonancia amplio ".

El bosón AW′ podría detectarse en colisionadores de hadrones a través de su desintegración en leptón más neutrino o quark superior más quark inferior , después de producirse en la aniquilación de quarks y antiquarks . Se espera que el alcance del LHC para el descubrimiento de W′ sea de unos pocos TeV .

La búsqueda directa de bosones Z′ se lleva a cabo en colisionadores de hadrones , ya que estos dan acceso a las energías más altas disponibles. La búsqueda busca resonancias de dileptones de gran masa : el bosón Z′ se produciría por aniquilación quark-antiquark y desintegración en un par electrón - positrón o un par de muones con cargas opuestas . Los límites de corriente más estrictos provienen del Fermilab Tevatron , y dependen de los acoplamientos del bosón Z′ (que controlan la sección transversal de producción ); A partir de 2006, el Tevatron excluye los bosones Z′ con masas de hasta 800  GeV para las secciones transversales "típicas" predichas en varios modelos. [2]

Búsquedas directas de modelos de "ancho de resonancia estrecho"

Han surgido clases recientes de modelos que naturalmente proporcionan firmas de sección transversal que caen en el borde, o ligeramente por debajo de los límites del nivel de confianza del 95% establecidos por el Tevatron, y por lo tanto pueden producir señales de sección transversal detectables para un bosón Z′ en un rango de masa mucho mayor. más cerca de la masa del polo Z que los modelos de "ancho ancho" discutidos anteriormente.

Estos modelos de "ancho estrecho" que entran en esta categoría son aquellos que predicen una Z′ de Stückelberg así como una Z′ a partir de una dimensión extra universal (ver "La guía de los cazadores de Z′".para enlaces a estos artículos).

El 7 de abril de 2011, la colaboración CDF en Tevatron informó de un exceso de eventos de colisión protón- antiprotón que producen un bosón W acompañado de dos chorros hadrónicos . Esto posiblemente podría interpretarse en términos de un bosón Z′. [3] [4]

El 2 de junio de 2015, el experimento ATLAS en el LHC informó evidencia de bosones W′ con una significancia de 3,4  σ , todavía demasiado baja para reclamar un descubrimiento formal. [5] Los investigadores del experimento CMS también informaron de forma independiente señales que corroboran los hallazgos de ATLAS.

En marzo de 2021, hubo algunos informes que insinuaban la posible existencia de bosones Z′ como una diferencia inesperada en cómo los quarks belleza se desintegran para crear electrones o muones. La medición se ha realizado con una significancia estadística de 3,1  σ , que está muy por debajo del nivel de 5  σ que convencionalmente se considera prueba suficiente de un descubrimiento. [6]

Mezclas Z′-Y

Podríamos tener mezclas cinéticas de calibre entre la U(1)′ del bosón Z′ y la U(1) Y de la hipercarga . Esta mezcla conduce a una modificación a nivel de árbol de los parámetros de Peskin-Takeuchi .

Ver también

Referencias

  1. ^ ab J. Beringer y col. ( Grupo de datos de partículas ) (2012). "Revisión de Física de Partículas". Revisión física D. 86 (1): 010001. Código bibliográfico : 2012PhRvD..86a0001B. doi : 10.1103/PhysRevD.86.010001 . hdl : 10481/34377 .
  2. ^ A. Abulencia et al. ( Colaboración FCD ) (2006). "Buscar Z′ → e + e - utilizando masa dielectrónica y distribución angular". Cartas de revisión física . 96 (21): 211801. arXiv : hep-ex/0602045 . Código bibliográfico : 2006PhRvL..96u1801A. doi : 10.1103/PhysRevLett.96.211801. PMID  16803227.
  3. ^ Woollacott, Emma (7 de abril de 2011). "Los datos de Tevatron indican una nueva partícula desconocida". TG diario .
  4. ^ "El pico de datos del Fermilab que causa entusiasmo". Revista Simetría . Fermilab/SLAC. 2011-04-07.
  5. ^ Slezak, Michael (22 de agosto de 2015). "Posibles nuevas partículas insinúan que el universo puede no ser zurdo". Científico nuevo .
  6. ^ Johnston, Hamish (23 de marzo de 2021). "¿Se ha detectado en el CERN una nueva partícula llamada 'leptoquark'?". Mundo de la Física . Archivado desde el original el 24 de marzo de 2021.

Otras lecturas

Más avanzado:

enlaces externos