Extension of the Standard Model with Chern–Simons Type Interaction

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

doi:10.15407/ujpe69.11.832

Розширення стандартної моделі зі взаємодією типу Черна–Саймонса

Автор(и)

V. Gorkavenko Faculty of Physics, Taras Shevchenko National University of Kyiv
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

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe69.11.832

Ключові слова:

за межами Стандартної моделi, розширення калiбрувального сектора, теорiї Черна–Саймонса

Анотація

Розширення Стандартної Моделi (СМ) зi взаємодiєю типу Черна–Саймонса мiстить новий векторний масивний бозон (бозон Черна–Саймонса), який взаємодiє з електрослабкими калiбрувальними бозонами. В даному розширеннi немає прямої взаємодiї мiж бозонами Черна–Саймонса та фермiонами СМ. Ми розглядаємо iснуючi обмеження на параметри цього розширення СМ, ефективну петлеву взаємодiю нового векторного бозона з фермiонами СМ та можливiсть прояву довгоживучих бозонiв Черна–Саймонса з масою в декiлька ГеВ в експериментах на колайдерi.

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). [Erratum: Rev. Mod. Phys. 61, 169 (1989)

https://doi.org/10.1103/RevModPhys.61.169

Erratum: Mod. Phys. 60, 575 (1988)].

https://doi.org/10.1103/RevModPhys.60.575

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

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

M. Cirelli, A. Strumia, J. Zupan. Dark matter. arXiv:hepph/2406.01705 (2024).

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

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/10.2172/1527435

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

C. Antel et al. Feebly interacting particles: FIPs 2022 workshop report. Eur. Phys. J. C 83, 1122 (2023).

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

P. Ilten, Y. Soreq, M. Williams, Wei Xue. Seren10.1007/ JHEP06(2018)004dipity in dark photon searches. JHEP 06, 004 (2018).

https://doi.org/10.1007/JHEP06(2018)004

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 greenschwarz 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

S. Navas et al. (Particle Data Group). Phys. Rev. D 110, 030001 (2024).

M. Acciarri at al. Search for new physics in energetic single photon production in e+e− annihilation at the Z resonance. Phys. Lett. B 412, 201 (1997).

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

Y. Borysenkova, V. Gorkavenko, I. Hrynchak, O. Khasai, M. Tsarenkova. Divergences in the effective loop interaction of the Chern-Simons bosons with leptons. The unitary gauge case. arXiv:hep-ph/2405.00164 (2024).

M. Ovchynnikov, J.-L. Tastet, O. Mikulenko, K. Bondarenko. Sensitivities to feebly interacting particles: Public and unified calculations. Phys. Rev. D 108, 075028 (2023).

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.108.075028

Downloads

Опубліковано

2024-12-03

Як цитувати

Gorkavenko, V., Hrynchak, I., Khasai, O., & Tsarenkova, M. (2024). Розширення стандартної моделі зі взаємодією типу Черна–Саймонса. Український фізичний журнал, 69(11), 832. https://doi.org/10.15407/ujpe69.11.832

Завантажити посилання

Номер

Том 69 № 11 (2024)

Розділ

Теорія

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.