Divergences in the Effective Loop Interaction of the Chern–Simons Bosons with Leptons. The Unitary Gauge Case

Yu. Borysenkova; V. Gorkavenko; I. Hrynchak; O. Khasai; M. Tsarenkova

doi:10.15407/ujpe69.12.897

Розбіжності у ефективній петльовій взаємодії бозона Черна–Саймонса з лептонами. Випадок унітарного калібрування

Автор(и)

Yu. Borysenkova Faculty of Physics, Taras Shevchenko National University of Kyiv https://orcid.org/0000-0003-1040-2815
V. Gorkavenko Faculty of Physics, Taras Shevchenko National University of Kyiv https://orcid.org/0000-0002-9468-5105
I. Hrynchak Faculty of Physics, Taras Shevchenko National University of Kyiv
O. Khasai Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
M. Tsarenkova Faculty of Physics, Taras Shevchenko National University of Kyiv https://orcid.org/0000-0002-8645-7233

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe69.12.897

Ключові слова:

фiзика за межами Стандартної Моделi, розширення калiбрувального сектора, теорiї Черна–Саймонса

Анотація

Ми розглядаємо розширення Стандартної моделi (СМ) зi взаємодiєю типу Черна–Саймонса. В цьому розширеннi iснує новий векторний масивний бозон (бозон Черна–Саймонса), який напрям´у не взаємодiє з фермiонами СМ. Використовуючи лише тричастинкову взаємодiю бозонiв Черна–Саймонса з векторними бозонами СМ у виглядi операторiв розмiрностi 4, ми розглядаємо ефективну петльову взаємодiю нового векторного бозона з лептонами. Ми розглядаємо перенормовнiсть цiєї петльової взаємодiї та приходимо до висновку, що у випадку розрахункiв петльових дiаграм в унiтарнiй калiбровцi не можна позбутись розбiжностей в ефективнiй взаємодiї бозонiв Черна–Саймонса з лептонами.

Посилання

W.N. Cottingham, D.A. Greenwood. An Introduction to the Standard Model of Particle Physics (Cambridge University Press, 2023) [ISBN: 978-1-00-940168-5].

https://doi.org/10.1017/9781009401685

S.M. Bilenky, S.T. Petcov. Massive neutrinos and neutrino oscillations. Rev. Mod. Phys. 59, 671 (1987).

https://doi.org/10.1103/RevModPhys.59.671

A. Strumia, F. Vissani. Neutrino masses and mixings and... . arXiv:hep-ph/0606054 (2006).

P.F. de Salas, D.V. Forero, C.A. Ternes, M. Tortola, J.W.F. Valle. Status of neutrino oscillations 2018: 3σ hint for normal mass ordering and improved CP sensitivity. Phys. Lett. B 782, 633 (2018).

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2018.06.019

G. Steigman. Observational tests of antimatter cosmologies. Ann. Rev. Astron. Astrophys. 14, 339 (1976).

https://doi.org/10.1146/annurev.aa.14.090176.002011

A. Riotto, M. Trodden. Recent progress in baryogenesis. Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 49, 35 (1999).

https://doi.org/10.1146/annurev.nucl.49.1.35

L. Canetti, M. Drewes, M. Shaposhnikov. Matter and antimatter in the universe. New J. Phys. 14, 095012 (2012).

https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/9/095012

P.J.E. Peebles. Dark matter. Proc. Nat. Acad. Sci. 112, 2246 (2015).

https://doi.org/10.1073/pnas.1308786111

V. Lukovic, P. Cabella, N. Vittorio. Dark matter in cosmology. Int. J. Mod. Phys. A 29, 1443001 (2014).

https://doi.org/10.1142/S0217751X14430015

G. Bertone, D. Hooper. History of dark matter. Rev. Mod. Phys. 90, 045002 (2018).

https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.045002

T. Golling et al. Physics at a 100 TeV pp collider: beyond the standard model phenomena. arXiv:1606.00947 (2016).

A. Abada et al. FCC physics opportunities: Future circular collider conceptual design report, Volume 1. Eur. Phys. J. C 79, 474 (2019).

https://doi.org/10.2172/1527436

V.M. Gorkavenko. Search for hidden particles in intensity frontier experiment SHiP. Ukr. J. Phys. 64, 689 (2019).

https://doi.org/10.15407/ujpe64.8.689

J. Beacham et al. Physics beyond colliders at CERN: Beyond the standard model working group report. J. Phys. G 47, 010501 (2020).

https://doi.org/10.1088/1361-6471/ab4cd2

G. Lanfranchi, M. Pospelov, P. Schuster. The search for feebly interacting particles. Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 71, 279 (2021).

https://doi.org/10.1146/annurev-nucl-102419-055056

D. Curtin et al. Long-lived particles at the energy frontier: The MATHUSLA physics case. Rept. Prog. Phys. 82, 116201 (2019).

S. Cerci et al. FACET: A new long-lived particle detector in the very forward region of the CMS experiment. arXiv:2201.00019 (2021).

https://doi.org/10.1007/JHEP06(2022)110

A. Ariga et al. Letter of Intent for FASER: ForwArd Search ExpeRiment at the LHC. arXiv:1811.10243 (2018) [REPORT NUMBER: CERN-LHCC-2018-030, LHCC-I-032, UCI-TR-2018-18, KYUSHU-RCAPP-2018-05].

A. Ariga et al. FASER's physics reach for long-lived particles. Phys. Rev. D 99, 095011 (2019).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.99.095011

M. Anelli et al. A facility to search for hidden particles (SHiP) at the CERN SPS. arXiv:1504.04956 (2015).

S. Alekhin et al. A facility to search for hidden particles at the CERN SPS: the SHiP physics case. Rept. Prog. Phys. 79, 124201 (2016).

P. Mermod. Prospects of the SHiP and NA62 experiments at CERN for hidden sector searches. PoS NuFact2017, 139 (2017).

https://doi.org/10.22323/1.295.0139

E. Cortina Gil et al. Search for heavy neutral lepton production in K+ decays. Phys. Lett. B 778, 137 (2018).

M. Drewes, J. Hajer, J. Klaric, G. Lanfranchi. NA62 sensitivity to heavy neutral leptons in the low scale seesaw model. JHEP 07, 105 (2018).

https://doi.org/10.1007/JHEP07(2018)105

R. Acciarri et al. Long-baseline neutrino facility (LBNF) and deep underground neutrino experiment (DUNE): Conceptual design report, Volume 2: The physics program for DUNE at LBNF. arXiv:1512.06148 (2015) [REPORT NUMBER: FERMILAB-DESIGN-2016-02].

B. Abi et al. Prospects for beyond the Standard Model physics searches at the deep underground neutrino experiment. Eur. Phys. J. C 81, 322 (2021).

V. Gorkavenko, B.K. Jashal, V. Kholoimov, Y. Kyselov, D. Mendoza, M. Ovchynnikov et al. LHCb potential to discover long-lived new physics particles with lifetimes above 100 ps. Eur. Phys. J. C 84, 608 (2024).

https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-024-12906-3

B. Patt, F. Wilczek. Higgs-field portal into hidden sectors. arXiv:hep-ph/0605188 (2006).

F. Bezrukov, D. Gorbunov. Light inflaton Hunter's guide. JHEP 05, 010 (2010).

https://doi.org/10.1007/JHEP05(2010)010

I. Boiarska, K. Bondarenko, A. Boyarsky, V. Gorkavenko, M. Ovchynnikov, A. Sokolenko. Phenomenology of GeVscale scalar portal. JHEP 11, 162 (2019).

https://doi.org/10.1007/JHEP11(2019)162

R.D. Peccei, H.R. Quinn. CP conservation in the presence of instantons. Phys. Rev. Lett. 38, 1440 (1977).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.38.1440

S. Weinberg. A new light Boson? Phys. Rev. Lett. 40, 223 (1978).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.40.223

F. Wilczek. Problem of strong P and T invariance in the presence of instantons. Phys. Rev. Lett. 40, 279 (1978).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.40.83

K. Choi, S.H. Im, C.S. Shin. Recent progress in physics of axions or axion-like particles. arXiv:2012.05029 (2020).

T. Asaka, M. Shaposhnikov. The vMSM, dark matter and baryon asymmetry of the universe. Phys. Lett. B 620, 17 (2005).

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2005.06.020

T. Asaka, S. Blanchet, M. Shaposhnikov. The nuMSM, dark matter and neutrino masses. Phys. Lett. B 631, 151 (2005).

https://doi.org/10.1016/j.physletb.2005.09.070

K. Bondarenko, A. Boyarsky, D. Gorbunov, O. Ruchayskiy. Phenomenology of GeV-scale heavy neutral leptons. JHEP 11, 032 (2018).

https://doi.org/10.1007/JHEP11(2018)032

A. Boyarsky, M. Drewes, T. Lasserre, S. Mertens, O. Ruchayskiy. Sterile neutrino dark matter. Prog. Part. Nucl. Phys. 104, 1 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2018.07.004

L.B. Okun. Limits of electrodynamics: Paraphotons? Sov. Phys. JETP 56, 502 (1982).

B. Holdom. Two U(1)'s and epsilon charge shifts. Phys. Lett. B 166, 196 (1986).

https://doi.org/10.1016/0370-2693(86)91377-8

P. Langacker. The physics of heavy Z′ gauge bosons. Rev. Mod. Phys. 81, 1199 (2009).

https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.1199

I. Antoniadis, E. Kiritsis, T.N. Tomaras. A D-brane alternative to unification. Phys. Lett. B 486, 186 (2000).

https://doi.org/10.1016/S0370-2693(00)00733-4

C. Coriano, N. Irges, E. Kiritsis. On the effective theory of low scale orientifold string vacua. Nucl. Phys. B 746, 77 (2006).

https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2006.04.009

P. Anastasopoulos, M. Bianchi, E. Dudas, E. Kiritsis. Anomalies, anomalous U(1)'s and generalized Chern-Simons terms. JHEP 11, 057 (2006).

https://doi.org/10.1088/1126-6708/2006/11/057

J.A. Harvey, C.T. Hill, R.J. Hill. Standard Model Gauging of the Wess-Zumino-Witten Term: Anomalies, Global currents and pseudo-Chern-Simons interactions. Phys. Rev. D 77, 085017 (2008).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.77.085017

P. Anastasopoulos, F. Fucito, A. Lionetto, G. Pradisi, A. Racioppi, Y.S. Stanev. Minimal Anomalous U(1)-prime Extension of the MSSM. Phys. Rev. D, 78, 085014 (2008).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.78.085014

J. Kumar, A. Rajaraman, J.D. Wells. Probing the Green-Schwarz Mechanism at the large hadron collider. Phys. Rev. D 77, 066011 (2008).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.77.066011

I. Antoniadis, A. Boyarsky, S. Espahbodi, O. Ruchayskiy, J.D. Wells. Anomaly driven signatures of new invisible physics at the large hadron collider. Nucl. Phys. B 824, 296 (2010).

https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2009.09.009

H. Ruegg, M. Ruiz-Altaba. The Stueckelberg field. Int. J. Mod. Phys. A 19, 3265 (2004).

https://doi.org/10.1142/S0217751X04019755

G.D. Kribs, G. Lee, A. Martin. Effective field theory of St¨uckelberg vector bosons. Phys. Rev. D 106, 055020 (2022).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.106.055020

J.A. Dror, R. Lasenby, M. Pospelov. New constraints on light vectors coupled to anomalous currents. Phys. Rev. Lett. 119, 141803 (2017).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.141803

J.A. Dror, R. Lasenby, M. Pospelov. Dark forces coupled to nonconserved currents. Phys. Rev. D 96, 075036 (2017).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.96.075036

Y. Borysenkova, P. Kashko, M. Tsarenkova, K. Bondarenko, V. Gorkavenko. Production of Chern-Simons bosons in decays of mesons. J. Phys. G, 49, 085003 (2022).

https://doi.org/10.1088/1361-6471/ac77a7

N.N. Bogolyubov, D.V. Shirkov. Quantum Fields (Benjamin Cummings, 1983).

T.P. Cheng, L.F. Li. Gauge Theory of Elementary Particle Physics (Oxford University Press, 1984) [ISBN: 978-0-19-851961-4, 978-0-19-851961-4].

N. Irges, F. Koutroulis. Renormalization of the Abelian-Higgs model in the Rξ and unitary gauges and the physicality of its scalar potential. Nucl. Phys. B 924, 178 (2017). Nucl. Phys. B 938, 957 (2019) (erratum).

https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2018.09.025

Tai Tsun Wua, Sau Lan Wub. Comparing the Rξ gauge and the unitary gauge for the standard model: An example. Nucl. Phys. B 914, 421 (2017).

https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2016.11.007

I. Boradjiev, E. Christova, H. Eberl. Dispersion theoretic calculation of the H → Z + γ amplitude. Phys. Rev. D 97, 073008 (2018).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.97.073008

Downloads

PDF (English)

Опубліковано

2024-12-14

Як цитувати

Borysenkova, Y., Gorkavenko, V., Hrynchak, I., Khasai, O., & Tsarenkova, M. (2024). Розбіжності у ефективній петльовій взаємодії бозона Черна–Саймонса з лептонами. Випадок унітарного калібрування. Український фізичний журнал, 69(12), 897. https://doi.org/10.15407/ujpe69.12.897

Завантажити посилання

Номер

Том 69 № 12 (2024)

Розділ

Поля та елементарні частинки

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.