[論文レビュー] Electroweak Symmetry Breaking and Beyond the Standard Model

T. Barklow, S. Dawson+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 42

ひとこと要約

1995年のこの報告書は、電弱対称性の spontaneously broken と標準模型を超える物理学を評価し、高エネルギー衝突型加速器の新世代の必要性を主張している。この報告書は、将来の $e^+e^-$ およびハドロン衝突型加速器—特にLHCと提案された次世代線形衝突型加速器（NLC）—のヒッグス粒子、超対称性、TeVスケールまでの新しい物理学を調べる発見可能性を定量的に評価している。

ABSTRACT

This is a report of the Electroweak Symmetry Breaking and Beyond the Standard Model Working Group which was prepared for the Division of Particles and Fields Committee for Long Term Planning. We study the phenomenology of electroweak symmetry breaking and attempt to quantify the "physics reach" of present and future colliders. Our investigations encompass the Standard Model (with one doublet of Higgs scalars) and approaches to physics beyond the Standard Model. These include models of low energy supersymmetry, technicolor and other approaches to dynamical electroweak symmetry breaking, and a variety of extensions of the Standard Model with new particles and interactions ({\it e.g.}, non-minimal Higgs sectors, new gauge bosons and/or exotic fermions, {\it etc.}). Signals of new physics in precision measurements arising from virtual processes (which can result, for example, in ``anomalous'' couplings of Standard Model particles) are also considered. Finally, we examine experimental issues associated with the study of electroweak symmetry breaking and the search for new physics at present and future hadron and $e^+e^-$ colliders.

研究の動機と目的

• 電弱対称性の spontaneously broken と標準模型を超える物理学を探索するための将来の高エネルギー加速器の科学的根拠を評価すること。
• 特にLHCと次世代線形衝突型加速器（NLC）を含む、既存および計画中の加速器の新粒子および相互作用の発見可能性を評価すること。
• ハドロン衝突型加速器（例：LHC）と $e^+e^-$ 衝突型加速器（例：NLC）が新しい物理学を調べるうえでの相補性を検討すること。
• 低エネルギー超対称性、テクニカラー、拡張されたヒッグス系といった、電弱対称性の spontaneously broken を説明できる理論的モデルを特定すること。
• TeVエネルギー領域における将来の施設の物理学的到達範囲を定量的に評価することで、素粒子物理学の長期的計画を支援すること。

提案手法

• 1つのヒッグスダブルレットを含む標準模型および、超対称性、テクニカラー、拡張されたヒッグス系を含むさまざまな拡張について、包括的な素粒子現象論的分析を実施する。
• 精度の高い電弱測定と有効場理論の手法を用いて、仮想的新しい物理学効果（例：異常な結合定数）を調べる。
• 部分子レベルおよびフル検出器シミュレーションを用いて、ハドロンおよび $e^+e^-$ 衝突型加速器における高エネルギー過程をシミュレートし、発見可能性を評価する。
• 特に $e^+e^-$ 衝突型加速器のクリーンな最終状態への感受性と、ハドロン衝突型加速器の高い光度および広い質量範囲への感受性を比較する。
• 将来の加速器が、ヒッグス系や新しい共鳴状態を含む電弱対称性の spontaneously broken の性質を解明する役割を評価する。
• SLCその他の過去の加速器での実験的経験の知見を統合し、将来の線形加速器の設計および運用を支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCおよび将来の $e^+e^-$ 衝突型加速器は、ヒッグス粒子および標準模型を超える新しい物理学をどの程度の発見可能性を有するか？
• RQ2 低エネルギー超対称性、テクニカラー、拡張されたヒッグス系といった異なるモデルは、将来の加速器でどのようないンタラクションを予測するか？
• RQ3 ハドロン衝突型加速器と $e^+e^-$ 衝突型加速器は、電弱対称性の spontaneously broken の領域を調べるうえで、どのように相補的か？
• RQ4 電弱観測量の高精度測定は、仮想効果を通じて新しい物理学の間接的兆候をどのように明らかにできるか？
• RQ5 TeVスケールでの新しい物理学の発見可能性を最大化するための最適な加速器設計および実験戦略は何か？

主な発見

• LHCは、既存施設の5〜10倍の質量範囲まで、ヒッグス粒子や超対称性といった新しい物理学の発見可能性を有すると予想される。
• 0.5 TeVの次世代線形衝突型加速器（NLC）は中間質量ヒッグス粒子の研究に最適であり、1.5 TeVのNLCは強い結合電弱対称性の spontaneously broken の領域を調べられる。
• 将来の $e^+e^-$ 衝突型加速器は、バックグラウンドが少ない環境を提供し、トップクォーク、重いゲージボソン、標準模型を超える新しい物理学の精密な研究に最適である。
• NLCは、LHCが得た新しい物理学の証拠を解釈する能力を著しく高め、粒子の性質についてクリアで詳細な測定を可能にする。
• ハドロンジャケットおよびフル検出器効果の詳細なシミュレーションは、ハドロン衝突型加速器における発見可能性を正確に評価するために不可欠である。
• 国際的協力と重複する資源の使用を避けることは、TeVスケールの将来の加速器計画における科学的成果を最大化する上で極めて重要である。