[論文レビュー] A Direct Constraint on Dimension-Eight Operators from Z-->neutrino antinetrino gamma

G. Tavares-Velasco, M. A. Pérez+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、有効ラグランジアンアプローチを用いて、Z → νν̄γの放射性崩壊を分析することで、次元8のオペレーターおよびタウニュートリノの磁気モーメントに対する直接的な実験的制約を導出する。L3協会のデータから得られる光子エネルギー分布にフィットさせることで、有効結合定数の上限が得られ、µντ < 2.62 × 10⁻⁶ μBおよびǫ₈ < 0.165が得られ、LEPデータからの先行限界を確認・精緻化する。

ABSTRACT

We study the radiative decay Z-->neutrino antineutrino gamma whitin an effective Lagrangian approach. Using the search for energetic single-photon events in the data collected by the L3 collaboration, we get direct bounds on the dimension-six and the dimension-eight operators associated with the tau-neutrino magnetic moment and the anomalous electromagnetic properties of the Z boson. As a by-product of our calculation, we reproduce the L3 result for the bound on the tau-neutrino magnetic moment.

研究の動機と目的

• 放射性Zボソン崩壊Z → νν̄γから、次元8のオペレーターおよびタウニュートリノ磁気モーメントに対する直接的限界を導出すること。
• 線形に実現されたSU(2)L × U(1)Y対称性に基づく有効ラグランジアンアプローチを用い、標準的でない電磁気的結合をモデル化すること。
• エネルギーの高い単一光子イベントに関するL3協会のデータを用い、次元6および次元8のオペレーターに関連する係数ǫ₆およびǫ₈を制約すること。
• 得られた限界を、低エネルギー実験、見えないZ幅、およびビームダンプ探索からの既存の限界と比較すること。

提案手法

• SU(2)L × U(1)Yゲージ対称性を保存するように、ν̄νγ頂点のための次元6オペレーター(1)–(2)およびZν̄νγ頂点のための次元8オペレーター(3)–(6)を含む有効ラグランジアンを構築する。
• これらのオペレーターから、新しい物理の効果を尺度Λでパラメータ化した有効結合定数Mₘᵤᵥ⁽ᵃ⁾およびMₘᵤᵥ⁽ᵇ⁾を導出する。
• ファインマン図(1a)および(1b)を用いて、光子エネルギーx = Eₖ/M_Zの微分崩壊断面積dΓ/dxを計算し、式(9)および(10)を得る。
• L3実験範囲（Eₖ > 30 GeV）におけるエネルギー分布を統合し、観測された分岐比の上限10⁻⁶を用いて、ǫ₆およびǫ₈の上限を導出する。
• 関係式µντ = (2.62 × 10⁻⁶) × ǫ₆を用いて、ǫ₆の上限をボーラー磁気単位におけるタウニュートリノ磁気モーメントの上限に変換する。
• 結果を、見えないZ幅、低エネルギー実験、およびビームダンプデータからの既存の限界と比較し、一貫性および感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Z → νν̄γ崩壊に寄与する次元8のオペレーターに対する直接的な実験的制約は何か？
• RQ2 次元6および次元8のオペレーターからの有効結合定数ǫ₆およびǫ₈は、Z → νν̄γにおける光子エネルギー分布にどのように影響を与えるか？
• RQ3 有効ラグランジアンフレームワークを用いてL3データから導出されるタウニュートリノ磁気モーメントの上限は何か？
• RQ4 得られた限界は、見えないZ幅および低エネルギー実験からの既存の限界とどのように比較されるか？
• RQ5 次元6および次元8のオペレーターの寄与は、Z → νν̄γ崩壊振幅においてどの程度競合するか？

主な発見

• 本稿は、L3協会が報告したµντ < 3 × 10⁻⁶ µBの限界と整合的である、タウニュートリノ磁気モーメントの直接的上限µντ < 2.62 × 10⁻⁶ µBを導出する。
• 光子エネルギー分布を用いたZ → νν̄γ崩壊から、次元8オペレーター係数に対する直接的制約ǫ₈ < 0.165が得られる。
• L3協会のEₖ > 30 GeVにおける分岐比上限10⁻⁶に基づき、次元6オペレーター係数の上限はǫ₆ < 0.192であると判明する。
• 結果は、MaltoniとVysotskiによる独立的な計算と一致しており、有効ラグランジアンアプローチおよび抽出された限界の整合性を確認する。
• 導出されたµντの上限は、見えないZ幅（µντ < 2.7 × 10⁻⁶ µB）および低エネルギー実験（µντ < 4 × 10⁻⁶ µB）からのものと同等の大きさであるが、電子およびミュオンニュートリノ磁気モーメントの限界より弱い。
• 本研究は、標準模型の振幅が抑制される場合に、非標準的効果が強化され得ることを示しており、Z → νν̄γ崩壊において、木レベルの次元8オペレーターとループ誘導の次元6オペレーターが競合する例として示されている。