[論文レビュー] Graviton Production By Two Photon Processes In Kaluza-Klein Theories With Large Extra Dimensions

David Atwood, Shaouly Bar-Shalom+1 more|ArXiv.org|Apr 1, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、TeVスケールの量子重力を有する大規模な追加次元モデルにおける2光子融合を介した重ヒッグス粒子生成を調査する。次世代線形衝突型加速器（NLC）における電子・陽電子衝突を用いて、e⁺e⁻ → e⁺e⁻ + 重ヒッグス粒子のような過程が、500 GeVの中心系エネルギーで約6 TeV、1 TeVのエネルギーで約9 TeVの重力スケールを制約できることを示し、高エネルギー衝突実験データによってこのような理論に対する厳密な制約を与える。

ABSTRACT

We consider the production of gravitons via two photon fusion in Kaluza-Klein theories which allow TeV scale gravitational interactions. We find that the processes l+ l- to l+ l- + graviton, with l=electron or muon can put quite stringent bounds on such theories. For example, with two extra dimensions at the Next Linear Collider with a center of mass energy of 500 (1000) GeV attainable bounds on the scale of the gravitational interactions can reach about 6 (9) TeV.

研究の動機と目的

• 将来の線形衝突型加速器において、TeVスケールの量子重力を持つ大規模な追加次元モデルをどのように探査できるかを評価すること。
• 大規模な追加次元を有する理論におけるカールツァ・クライン重ヒッグス粒子生成に対する2光子融合過程の感受性を評価すること。
• 電子・陽電子衝突からの衝突実験データを用いて、モデルに依存しない重力スケールの制約を導出すること。
• 次世代線形衝突型加速器（NLC）が、このような状況下での重力の基本的スケールをどの程度まで制約できるかを定量化すること。

提案手法

• 本研究は、Gがカールツァ・クライン重ヒッグス粒子を表すとし、大規模な追加次元モデルにおける2光子融合を介したe⁺e⁻ → e⁺e⁻ + Gの過程を分析する。
• フェ Feynman 図を用いて、tチャネルにおける仮想光子の交換による重ヒッグス粒子生成断面積を計算する。
• 大規模な追加次元フレームワークにおいて、重ヒッグス粒子のカールツァ・クラインモードの交換が、有効な4フェルミオン相互作用を変更することを考慮する。
• 分析は、次世代線形衝突型加速器の典型的な中心系エネルギー500 GeVおよび1 TeVで実施する。
• 標準模型のバックグラウンドが管理可能であると仮定し、NLCが重ヒッグス粒子信号にどの程度感度を持つかを考慮して、重力スケールの制約を導出する。
• 高次元モードの交換による断面積の抑制に基づき、M_Dの上界としての結果を提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次世代線形衝突型加速器における2光子融合過程は、TeVスケールの重力を持つ大規模な追加次元モデルを感受的に探査できるか？
• RQ2 中心系エネルギーが500 GeVおよび1 TeVのe⁺e⁻ → e⁺e⁻ + G反応において、どの程度の最大重力スケールM_Dが探査可能か？
• RQ3 カールツァ・クライン重ヒッグス粒子の生成断面積は、追加次元の数および基本的スケールM_Dにどのように依存するか？
• RQ4 同じモデルにおいて、2光子融合からの制約は他の過程に比べてどの程度優れているか？

主な発見

• 2光子融合を介したe⁺e⁻ → e⁺e⁻ + Gの過程は、TeVスケールの量子重力を持つ大規模な追加次元モデルを強力に探査できる。
• 中心系エネルギーが500 GeVの場合、NLCは基本的重力スケールM_Dを約6 TeVまで制約できる。
• 中心系エネルギーが1 TeVの場合、感度が向上し、M_Dの制約が約9 TeVまで達する。
• 制約は、大規模な追加次元フレームワークにおけるカールツァ・クラインモードの交換による重ヒッグス粒子生成断面積の抑制に基づいている。
• 結果から、2光子融合は将来の線形衝突型加速器における大規模な追加次元モデルのテストに有望なチャンネルであると示唆される。
• 本研究は、元のバージョンにおける参考文献の誤りを是正し、M_Dに対する導出された制約の堅牢性を確認した。