[論文レビュー] Collider signatures for unparticle

Kingman Cheung, Wai-Yee Keung+1 more|ArXiv.org|Oct 11, 2007

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、非整数スケーリング次元を持つスケール不変なセクターである未定義粒子物理学の衝突機シグネチャを調査している。主な焦点は、実未定義粒子の放射による運動量の欠落と、仮想未定義粒子交換による干渉効果である。主な結果として、未定義粒子のスケーリング次元 $d_{\cal U}$ に敏感な特徴的な角度分布と運動量欠落スペクトルが得られ、$e^+e^-$ およびハドロン衝突機で検出可能なシグネチャを提供している。

ABSTRACT

We summarize the works presented in Refs. \cite{1,2} on collider phenomenology of the unparticle physics associated with an exact scale invariant sector possessing a non-trivial infrared fixed point at a high energy scale. We give highlights on the motivations of unparticle and derivation of the phase space and the unparticle propagator. We study two categories of phenomenology: (i) real emission of unparticle that gives rise to peculiar missing energy signatures, and (ii) virtual exchange of unparticle that interferes with the standard model amplitudes.

研究の動機と目的

• 高エネルギー衝突実験における未定義粒子物理学の実験的意味を調査すること。
• 実および仮想未定義粒子生成に起因する運動量欠落や修正された角度分布といった特徴的なシグネチャを特定すること。
• 既存の 4 フェルミオン接触相互作用とモノ光子探索の制限を用いて、未定義粒子スケール $\Lambda_{\cal U}$ を制約すること。
• 非整数スケーリング次元 $d_{\cal U}$ が未定義粒子プロパゲーターの形状と標準模型振幅との干渉に与える役割を検討すること。

提案手法

• スケール不変性とスペクトル密度形式を用いて未定義粒子プロパゲーターを導出し、$\Delta_F(P^2) = Z_{d_{\cal U}} (-P^2)^{d_{\cal U}-2}$ を得る。ここで $Z_{d_{\cal U}} = \frac{A_{d_{\cal U}}}{2\sin(d_{\cal U}\pi)}$ である。
• $M_{\cal U}^{d_{\mathrm{SM}}+d_{\cal BZ}-4}$ で抑制される非ローレンツ的演算子を介して、未定義粒子と SM フィールドとの有効相互作用を構築し、$\Lambda_{\cal U}$ で $\mathcal{O}_{\mathrm{SM}} \mathcal{O}_{\cal U}$ にマッチングする。
• $e^+e^-$ およびハドロン衝突機における未定義粒子の実放射を分析し、連続的な質量スペクトルに起因する特異な運動量欠落スペクトルを予測する。
• $e^+e^- \to f\bar{f}$ および $\gamma\gamma$ プロセスにおける仮想未定義粒子交換を評価し、$d_{\cal U}$ およびヘリシティに敏感な微分断面積を計算する。
• 既存の 95% 確信区間の 4 フェルミオン接触相互作用およびモノ光子生成の制限を用いて $\Lambda_{\cal U}$ を制約し、$\lambda_1^2 / \Lambda_{\cal U}^{2d_{\cal U}-2}$ のスケーリングに従う。
• $\gamma\gamma$ 生産の角度分布をスピン-2 未定義粒子交換ありとなしで比較し、$d_{\cal U} < 1.2$ の場合に中心部に増強が生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スケーリング次元 $d_{\cal U}$ に依存して、$e^+e^-$ およびハドロン衝突機における実未定義粒子放射の運動量欠落シグネチャはどのように異なるか？
• RQ2 仮想未定義粒子交換によって生じる $e^+e^- \to f\bar{f}$ および $\gamma\gamma$ プロセスにおける特徴的な角度分布は何か？
• RQ3 既存の 4 フェルミオン接触相互作用の制限を用いて、未定義粒子スケール $\Lambda_{\cal U}$ をどのように制約できるか？
• RQ4 $\sqrt{s} = 207$ GeV におけるモノ光子＋未定義粒子生成の感度は $d_{\cal U}$ および $\Lambda_{\cal U}$ にどのように依存するか？
• RQ5 スピン-2 未定義粒子結合は、標準模型と比較して $\gamma\gamma$ 角度分布をどのように変化させるか？

主な発見

• $e^+e^- \to f\bar{f}$ の微分断面積においてスピン-1 未定義粒子交換が強い $d_{\cal U}$ 依存性を示し、前後方向非対称性がヘリシティ結合に敏感である。
• $d_{\cal U} < 1.2$ の場合、$e^+e^-$ 衝突における $\gamma\gamma$ 角度分布は、スピン-2 未定義粒子交換により $|\cos\theta_\gamma| \approx 0.9$ の近辺に谷が生じる。
• $\sqrt{s} = 207$ GeV におけるモノ光子＋未定義粒子生成断面積は $\lambda_1^2 / \Lambda_{\cal U}^{2d_{\cal U}-2}$ に比例し、$d_{\cal U} \to 1.4$ に近づくと急激に増加する。
• 95% 確信区間の $eeqq$ 接触相互作用の制限を用いて、$\Lambda_{\cal U}$ の再スケーリングされた境界を導出し、$d_{\cal U} \approx 2$ の場合 $\Lambda^{95}_{LL}(eeuu) \simeq 23$ TeV が得られる。
• $d_{\cal U} = 1.4$ の場合、モノ光子＋未定義粒子生成断面積は $\Lambda_{\cal U} \lesssim 1$ TeV のとき L3 の 95% 確信区間上限（0.2 pb）を超える。
• 未定義粒子プロパゲーターは $P^2 > 0$ の場合に複素位相 $e^{-i d_{\cal U} \pi}$ を示し、標準的な質量付きまたは質量なしの粒子交換にはない干渉効果を引き起こす。