W'ボソンとZ'ボソンのソースを表示

'''W'ボソンとZ'ボソン'''は、[[素粒子物理学]]における仮想上の[[ゲージ粒子]]である。[[弱アイソスピン]]を右巻きに拡張することで、W'ボソンとZ'ボソンは[[標準模型]]の右巻き[[フェルミオン]]に結合することができる。この名前は、標準模型の[[WボソンとZボソン]]に類するものとして命名された。

== 種類 ==

=== W'ボソンの種類 ===
W'ボソンは、余剰[[SU(2)]][[ゲージ群]]を持つ多くのモデル内に現れる。SU(2) &times; SU(2)は、電弱SU(2)に対応する[[対角部分群]]SU(2)<sub>W</sub>について自発的に破れている。より一般的には、対角SU(2)<sub>W</sub>へ分解される''n''コピーのSU(2)が、''n''−1コピーのW<sup>+</sup>'、W<sup>−</sup>'およびZ'ボソンを生じる。このようなモデルは、例えば、[[箙 (数学)|箙]]ダイアグラム ([[w:quiver diagram|quiver diagram]]) から生じる。 W'ボソンが[[アイソスピン]]と結合するために、余剰SU(2)および標準模型SU(2)は混合される必要がある。SU(2)の1コピーは、TeV質量のW'ボソンを得るために標準模型の二番目のSU(2)を離れて[[TeV]]スケール付近で破れる必要がある。これはSU(2)を1コピー以上含む[[w:Little Higgs|リトルヒッグス]]モデル内で起こる。W'ボソンはSU(2)の破れから生じるので、一般的に（ほとんど）同じ質量のZ'ボソンもともに生成し、W'ボソンに関する結合が同時に起こる。

W'ボソンが関わる追加的なSU(2)因子を持たない別のモデルは、いわゆる[[w:331 model|331モデル]]がある。これは、<math>\beta=\pm 1/\sqrt{3}</math>を満たす。対称性の破れ鎖<math>SU(3)_L \times U(1)_X \rightarrow SU(2)_W \times U(1)_Y</math>は、一対のW'<sup>±</sup>ボソンと三つのZ'ボソンを導く。

W'ボソンは、バルク（時空）内のSU(2)を伴う[[カルツァ＝クライン理論]]にも現れる。

=== Z'ボソンの種類 ===
様々な種類のZ'ボソンを予測するモデルが提唱されている。

* 新しい[[U(1)]][[ゲージ対称性]]を持つモデル：このモデルのZ'ボソンは（破れた）U(1)対称性のゲージボソンである。
* [[E6 (数学)|E<sub>6</sub>]]モデル：このモデルは一般的に混合可能な２つのZ'ボソンを含む。
* 力学的電弱対称性の破れ（[[w:Dynamical symmetry breaking|力学的対称性の破れ]]）の[[w:Topcolor|トップカラーモデル]]とトップシーソー (Top Seesaw) モデル：このモデルのZ'ボソンは特定の凝縮物の形態を取る。
* [[w:Little Higgs]]モデル：このモデルは典型的にある拡張されたゲージセクターを含む。このゲージセクターは、[[TeV]]スケール付近の標準模型ゲージ対称性までに分解されるものである。このタイプのモデルの多くは、１つ以上のZ'ボソンに加えて、W'ボソンも含む。
* [[カルツァ＝クライン理論|カルツァ＝クラインモデル]]：このZ'ボソンは中性バルクゲージ対称性の励起モードである。
* [[エルンスト・シュテュッケルベルク|シュテュッケルベルク]]拡張 （[[w:Stueckelberg action]]を参照）：このモデルのZ'ボソンは交差している[[Dブレーン]]を持つ[[弦理論]]に見られる結合から生じる。

== 探索 ==

=== 直接探索 ===
W'ボソンは、[[ハドロン]]衝突器において、W'ボソンが[[レプトン (素粒子)|レプトン]]と[[ニュートリノ]]または[[トップクォーク]]と[[ボトムクォーク]]に崩壊する現象を通して、[[クォーク]]-[[アンチクォーク]]の[[対消滅]]反応で生成された後、検出することができる。[[大型ハドロン衝突型加速器|LHC]]加速器は、W'ボソンが発見されるであろうと予測されている数[[TeV]]のエネルギー領域の探索を行う。

Z'ボソンの直接探索は、現状で最も高いエネルギーを利用できるハドロン衝突器によって実施される。この探索では、高質量ダイレプトン共鳴を探す。これは、クォーク-アンチクォーク対消滅によって[[電子]]-[[陽電子]]対または反対の電荷を持つ[[ミューオン]]対に崩壊する際に、Z'ボソンが生成される反応を考えている。最も厳しい現状の制約は、[[フェルミラボ]]の [[テバトロン]]で実現され、生成物の衝突断面積を制御しているZ'ボソンの結合に依存する。2006年のテバトロンの結果では、様々なモデルがZ'ボソンの"典型的な"衝突断面積で予測している約800 [[GeV]]の質量までがZ'の探索範囲から除外された。<ref>
{{cite journal
 |author=A. Abulencia ''et al.'' ([[w:CDF collaboration|CDF collaboration]])
 |year=2006
 |title=Search for Z' → e<sup>+</sup>e<sup>−</sup> using dielectron mass and angular distribution
 |journal=[[Physical Review Letters]]
 |volume=96 |pages=211801
 |doi=10.1103/PhysRevLett.96.211801
 |id={{arxiv|hep-ex/0602045}}
}}</ref> 

上の記述に関するモデルは、（探索範囲の）"幅広"モデルと言うことができる。これに対し、近年、"幅狭"モデルに当たるものが提唱されている。これは、テバトロンによって設定された95%信頼水準リミット近辺における衝突断面積の痕跡を自然に与えるもので、そのため、上述の"幅広"モデルよりZ-pole質量にかなり近い質量範囲内でZ'ボソンを検出可能な衝突断面積信号を生成することができる。このタイプのモデルは、宇宙の[[余剰次元]]からのZ'ボソンと同様にシュテュッケルベルクZ'ボソンを予測する。（[[#外部リンク]]の『Z' Hunter's Guide』を参照）

=== 間接探索 ===
== Z'-Y混合 ==
Z'ボソンのU(1)'と[[超電荷]]のU(1)<sub>Y</sub>の間を混合するゲージ力学の構築が求められている。この混合によって、[[w:Peskin-Takeuchi parameter|Peskin-Takeuchi変数]]の[[樹形図]]レベルでの修正を導くことができる。

== 関連項目 ==
* [[XボソンとYボソン]]

== 脚注 ==
{{reflist}}

== 参考文献 ==
* {{cite arxiv
 |author=T.G. Rizzo
 |title=Z' Phenomenology and the LHC
 |eprint=hep-ph/0610104
 |year=2006
}}, a pedagogical overview of Z' phenomenology ([[w:Theoretical Advanced Study Institute|TASI 2006]] lectures)
*{{cite news
 |author=P. Rincon
 |year=17 May 2010
 |url=http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/8685541.stm
 |title=LHC particle search 'nearing', says physicist
 |publisher=[[BBC News]]
| date=17 May 2010
}}
More advanced:
{{refbegin}}
*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ex/0602045
|title = Search for ''Z''′ → ''e''<sup>+</sup>''e''<sup>−</sup> using dielectron mass and angular distribution
|author = Abulencia, A.
|coauthors = et al. (CDF Collaboration)
|journal = Physical Review Letters
|volume = 96
|issue = 211801
|date = 2006
}}
*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0210086
|title = Radiative corrections to Higgs masses in ''Z''′ models
|author = Amini, Hassib
|journal = New Journal of Physics
|volume = 5
|issue = 49
|date = 2003
}}
*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0003286
|title = Supersymmetric extension of the standard model with naturally stable proton
|author = Aoki, Mayumi
|coauthor = Oshimo, Noriyuki
|journal = Physical Review D
|volume = 62
|issue = 055013
|date = 2000
}}
*{{cite journal
|doi = 10.1103/PhysRevLett.84.5269
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/9907481
|title =  A supersymmetric model with an extra ''U''(1) gauge symmetry
|author = Aoki, Mayumi
|coauthor = Oshimo, Noriyuki
|journal = Physical Review Letters
|volume = 84
|issue = 23
|pages = 5269–5272
|date = 2000
|pmid = 10990921
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*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0212073
|title = Nonexotic neutral gauge bosons
|author = Appelquist, Thomas
|coauthors = Dobrescu, Bogdan A.; Hopper, Adam R.
|journal = Physical Review D
|volume = 68
|issue = 035012
|date = 2003
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*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/9603212
|title =  Leptophobic ''U''(1)s and the ''R''<sub>b</sub>–''R''<sub>c</sub> crisis
|author = Babu, K. S.
|coauthors = Kolda, Christopher F.; March-Russell, John
|volume = 54
|pages = 4635–4647
|date = 1996
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*{{cite journal
|title = Use of ''Z'' lepton asymmetry to determine mixing between ''Z'' boson and ''Z''′ boson of ''E''<sub>6</sub> superstrings
|author = Barger, Vernon D.
|coauthor = Whisnant, K.
|journal = Physical Review D
|volume = 36
|issue = 979
|date = 1987
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|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0503186
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|coauthor = Dorsner, I.
|journal = Physical Review D
|volume = 72
|issue = 015011
|date = 2005
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|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0510181
|title = Anomaly-free sets of fermions
|author = Batra, Puneet
|coauthors = Dobrescu, Bogdan A.; Spivak, David
|journal = Journal of Mathematical Physics
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|date = 2004
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|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0307020
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|author = Dittmar, Michael
|coauthors = Nicollerat, Anne-Sylvie; Djouadi, Abdelhak
|journal = Physical Letters B
|volume = 583
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|date = 2004
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*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/0704.1395
|title = Higgs and ''Z''′ phenomenology in ''B''–''L'' extension of the standard model at LHC
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|doi = 10.1016/S0550-3213(00)00427-2
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|doi = 10.1016/S0370-2693(00)00187-8
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0001073
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|journal = Physics Letters B
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|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0110233
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*{{cite journal
|url = https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0611174
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|title = The tension between gauge coupling unification, the Higgs boson mass, and a gauge-breaking origin of the supersymmetric μ-term
|author = Morrissey, David E.
|coauthor = Wells, James D.
|journal = Physical Review D
|volume = 74
|issue = 015008
|date = 2006
}}
{{refend}}

== 外部リンク ==
* [https://sites.google.com/site/zprimeguide/ The Z' Hunter's Guide] Z'の物理に関する公演や論文コレクション
* [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme3.py?level=1&index1=236694 Z' physics on arxiv.org]

{{粒子の一覧}}
{{DEFAULTSORT:たふりゆうほそんとせつとほそん}}
[[Category:素粒子物理学]]
[[Category:素粒子]]
[[Category:ゲージ粒子]]
[[Category:仮説上の素粒子]]