[論文レビュー] Dips at Colliders

Y. Bai, Wai-Yee Keung|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、加速器における新しい物理の兆候が交叉断面に「ダプ」（谷）として現れるのを調査し、2つの異なるメカニズムを提案する：sチャネル交換における破壊的干渉、および時間的（timelike）運動量における頂点形式因子のゼロ。複雑な極がプロパゲーターの極と一致するため、素朴なオンシェル制約は失敗するが、これらの干渉効果が観測可能なダプを生成できることを示し、LHCにおける新しい探索チャネルを提供する。

ABSTRACT

We categorize new physics signatures that manifest themselves as a “dip” structure at colliders. One potential way to realize a dip is to require interactions to be zero when all particles are mass onshell, but not if one or more are mass off-shell. For three particle interactions, we have found three interesting cases: one massive gauge boson with two identical scalars; one massless gauge boson with two different scalars; one massive gauge boson with two identical massless gauge bosons. For each case, we identify the relevant effective operators to explore its dip signature at the LHC. Unfortunately, the unstable particle with a vanishing mass-on-shell interaction has a complex mass which is coincident with the complex pole in its propagator. As a result, a contact-like amplitude without a dip is produced. We then point out two other interesting ways that generate a dip in the cross section. The first way has a dip signature due to a zero in the vertex form factor of the timelike momentum in the s-channel. In the second way, the dip plus bump signature appears because there is destructive interference among processes of exchanging different s-channel particles.

研究の動機と目的

• 加速器における交叉断面に「ダプ」として現れる新しい物理の兆候を特定・分類すること。
• 特定の粒子配置においてオンシェル振幅がゼロとなるメカニズムが、どのようにダプ型構造を生じるかを調査すること。
• 素朴なオンシェルモデルでダプの兆候が消失する原因となる、複素極がプロパゲーターの極と一致する問題を克服すること。
• ダプの兆候を強固に生成できる代替メカニズムとして、頂点形式因子のゼロとsチャネル交換の間での破壊的干渉を提案すること。
• LHCでこれらのダプ信号を探索するための関連する有効オペレーターを同定すること。

提案手法

• すべての粒子がオンシェルにあるときにオンシェル振幅がゼロになるが、オフシェルのときにはゼロでない3体相互作用を分析し、有効場理論を用いてこのような相互作用をモデル化する。
• プロパゲーターと頂点関数の解析的構造を検討し、特に複素極とその振幅挙動への影響に注目する。
• オンシェル振幅がゼロであることが、重複する複素極によって接触型振幅を生じさせ、ダプの兆候を消失させることを同定する。
• sチャネルにおける時間的運動量での頂点形式因子のゼロが、交叉断面にダプを生成できることを提案する代替メカニズム。
• 複数のsチャネル交換過程における破壊的干渉が、交叉断面にダププラスバンプ構造を生じることを分析する。
• 各ダプ生成メカニズムに関連する有効オペレーターを導出し、LHCでの直接的な実験的探索を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3体相互作用においてオンシェル振幅がゼロとなる場合、交叉断面にダプが生じ得るか？その条件は何か？
• RQ2 なぜ素朴なオンシェル制約メカニズムは、複素極がプロパゲーターの極と一致するため、ダプを生成できないのか？
• RQ3 sチャネルにおける時間的運動量での頂点形式因子のゼロから、ダプの兆候が生じ得るか？
• RQ4 異なるsチャネル交換過程間の破壊的干渉が、交叉断面にダププラスバンプ構造を生じるか？
• RQ5 LHCでこれらのダプ兆候を探索するための関連する有効場理論オペレーターは何か？

主な発見

• すべての粒子がオンシェルにあるときに振幅がゼロであるという素朴なメカニズムは、不安定な粒子の複素質量がそのプロパゲーターの複素極と一致するため、ダプを生成できない。これは接触型振幅を生じさせ、ダプの兆候を消失させる。
• sチャネルにおける時間的運動量での頂点形式因子のゼロが、ダプを生成できることを示し、ダプ兆候の代替的で実現可能なメカニズムを提供する。
• 異なるsチャネル交換過程間の破壊的干渉が、交叉断面にダププラスバンプ構造を生じさせ、強固で観測可能なダプ兆候を提供する。
• 各ダプ生成メカニズムに関連する有効オペレーターが同定され、LHCでの直接的な実験的探索が可能になる。
• オンシェル制約が解析的構造のため失敗する一方で、干渉と形式因子のゼロがダプ兆候を観測するための有効な道筋を提供することが示された。
• これらのメカニズムは、従来の共鳴状態や閾値信号とは異なる、新しい加速器における新しい物理探索の道を開く。