源自Stueckelberg机制的ATLAS双玻色子超出

我们讨论了在LHC第一轮运行、$\sqrt{s}=8$ TeV下ATLAS探测器在约2 TeV处观测到的双玻色子超出。我们探讨了此超出源于通过$U(1)_X$ Stueckelberg扩展获得质量的$Z'$玻色子的可能性。相应的$Z'$规范玻色子是疏轻子(leptophobic)的，质量约2 TeV，且与$SU(2)_L$ Yang-Mills场和超电荷规范场相互作用。该分析预言了$Z'$衰变为$WW$和$ZZ$以及$Z\gamma$。还预言了$Z'$的三体和四体衰变，如$WWZ, WW\gamma, WWZZ$等。在分析中使用螺旋度形式体系（helicity formalism），使我们能以透明方式展示$Z'$衰变过程的螺旋度结构。特别地，我们能够展示由于角动量守恒以及参考动量的特殊选择，大质量$Z'$衰变为两个矢量玻色子时消失的螺旋度振幅集合。剩余的非消失螺旋度振幅集合被识别。给出了与ATLAS实验在$\sqrt s=8$ TeV观测到的双玻色子超出相容的模型参数空间。还给出了在LHC第二轮运行、$\sqrt s= 13$ TeV、20 fb$^{-1}$积分亮度下预期双玻色子超出的估计。结果表明，$WW$、$ZZ$和$Z\gamma$模式预言的近似比率为$1:\cos^2\theta_W (1+ \alpha \tan^2\theta_W)^2/2: (1-\alpha)^2\sin^2\theta_W/2$，其中$\alpha$是超电荷规范场耦合与Yang-Mills规范场耦合的相对强度。因此，观测$Z\gamma$模式以及$Z'$的三体和四体衰变模式将为该模型及超出标准模型的可能新相互作用源提供明确的检验。