[論文レビュー] Anomalous Triple Gauge Vertices at the Large Hadron-Electron Collider

Sudhansu S. Biswal, Monalisa Patra+1 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、大型ハドロン・クォーサー加速器（LHeC）を用いて、陽子-電子衝突における荷電現在の $ep \to W\gamma j$ 事象において、ジェットと消失運動量の間の方位角差を感受性の高い観測量として用いることで、異常な $WW\gamma$ 三ゲージボソン結合を調べることを提案する。100–1000 fb$^{-1}$ の統合した光度を用いることで、LHeCは既存のすべての実験的制約を超えることができ、$WWZ$ 頂点の影響を受けることのない、明確な $ abla\kappa_\gamma$ および $ abla\lambda_\gamma$ のプローブを提供し、LEPの制約を超える新しい物理の発見が可能となる。

ABSTRACT

At a high energy $ep$ collider, such as the Large Hadron-Electron Collider (LHeC) which is being planned at CERN, one can access the $WWγ$ vertex exclusively in charged current events with a radiated photon, with no interference from the $WWZ$ vertex. We find that the azimuthal angle between the jet and the missing momentum in each charged current event is a sensitive probe of anomalous $WWγ$ couplings, and show that for quite reasonable values of integrated luminosity, the LHeC can extend the discovery reach for these couplings beyond all present experimental bounds.

研究の動機と目的

• LHeCが高感度で異常な $WW\gamma$ 三ゲージボソン頂点（TGV）をプローブする可能性を調査すること。
• $WWZ$ 頂点効果による汚染を避けるために、$WW\gamma$ 結合に感受性を持つ明確で干渉のない観測量を同定すること。
• 現実的な光度シナリオを用いて、$\Delta\kappa_\gamma$ および $\lambda_\gamma$ 結合の発見領域を特定すること。
• LEP、テバトロン、LHCの実験から得られた既存の制約と比較して、LHeCの予想される感度を評価すること。

提案手法

• 本研究は、LHeCにおける $ep \to W^+W^-\gamma$ 反応を用い、$WW\gamma$ 頂点を分離するために放射光子を伴う荷電現在事象に焦点を当てる。
• ジェットと消失運動量の間の方位角差 $\Delta\phi$(ジェット, $\not{p}_T$) を、異常結合をプローブする主要な観測量として用いる。
• カイ二乗に基づく統計的手法を用いて、標準模型からのずれを定量化し、テスト統計量は式 (7) および (8) で定義される。
• 分析では電子ビームエネルギーを固定して140 GeVとし、$\Delta\kappa_\gamma$ および $\lambda_\gamma$ を許容範囲内で変化させ、発見領域の等高線を描画する。
• 本手法は明示的に $WW\gamma$ 頂点と $WWZ$ 頂点を分離しており、他の加速器が直面する干渉の問題を回避する。
• 95%信頼水準（C.L.）で発見限界を導出し、LEP、CDF、D0、ATLAS、CMS からの既存の実験的制約と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存の実験と比較して、LHeCは異常な $WW\gamma$ 結合をより感度よくプローブできるか？
• RQ2 LHeCにおいて、ジェットと $\not{p}_T$ 間の方位角差 $\Delta\phi$(ジェット, $\not{p}_T$) は、$WW\gamma$ 異常結合の検出に実用的かつ感受性の高い観測量とみなせるか？
• RQ3 特に $\lambda_\gamma \neq 0$ の場合に、LHeCは現在最も厳しい制約を示すLEPの制約をどの程度超えることができるか？
• RQ4 発見領域は統合光度にどのように依存するか？また、LHeCがLEPの感度を超えるにはどの光度が必要か？
• RQ5 LHeCは $WWZ$ 頂点効果の影響を受けない明確な $WW\gamma$ 結合の測定を可能にするか、他の異常頂点からの干渉を回避できるか？

主な発見

• 100 fb$^{-1}$ の統合光度を用いることで、LHeCは現在のLEPの制約より下の $\Delta\kappa_\gamma$ 値をプローブ可能であり、特に $\Delta\kappa_\gamma > 0$ の場合に顕著である。
• $\Delta\kappa_\gamma < 0$ の場合には、電子ビームエネルギーに依存するが、25–50 fb$^{-1}$ の光度で十分にLEPの制約を超える。
• 200 fb$^{-1}$ では、LHC やテバトロンの制約を含め、すべての既存の実験的制約を上回るLHeCの発見領域が得られる。
• 1000 fb$^{-1}$ では、$\Delta\kappa_\gamma$–$\lambda_\gamma$ 平面上での未到達領域が著しく縮小され、全パラメータ空間に近づく。
• 図5の共同発見領域図から、$\Delta\kappa_\gamma$ と $\lambda_\gamma$ がともに非ゼロであっても、LHeCの感度が安定していることが示されている。
• LHeCは $WWZ$ 異常頂点効果による汚染を受けることなく、$WW\gamma$ 結合を明確にプローブできる。これは、ハドロン加速器と比較して顕著な利点である。