[論文レビュー] Indirect Collider Tests for Large Extra Dimensions

Thomas G. Rizzo|ArXiv.org|Oct 6, 1999

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、Arkani-Hamed-Dimopoulos-Dvali (ADD) モデルにおける仮想カルラツァ＝クライン重力子の交換を通じて、大規模な追加次元の間接的コライダー効果を調査する。精密な電弱物理学および高エネルギー過程（Drell-Yan やベクトルボソン散乱など）を用いて、断面積や散乱振幅のずれを通じてコライダーが大規模な追加次元のスケールを探査できることを示し、低スケールの量子重力のシナリオに対する実用的な間接的テストを提供する。

ABSTRACT

We review the capability of colliders to detect the virtual exchange of Kaluza-Klein towers of gravitons within the low scale quantum gravity scenario of Arkani-Hamed, Dimopoulos and Dvali.

研究の動機と目的

• コライダーのデータを用いて、特に仮想カルラツァ＝クライン重力子の交換を通じて、大規模な追加次元の間接的検出法を調査すること。
• 高エネルギーおよび精密電弱観測量が、ADD のシナリオにおける大規模な追加次元の存在にどの程度感受性を示すかを評価すること。
• 標準模型を超える新しい物理の兆候を示す可能性がある、特定のコライダー過程を同定すること。
• 将来のコライダーで低スケールの量子重力をテストするための現象論的フレームワークを提供すること。

提案手法

• Drell-Yan 生産やベクトルボソン散乱などの高エネルギー過程におけるカルラツァ＝クライン重力子の塔の仮想的交換を分析する。
• 大規模な追加次元の文脈で、無限個のカルラツァ＝クラインモードの交換をモデル化するために有効場理論の技術を適用する。
• これらの仮想的重力子の交換によって生じる電弱精密観測量および散乱振幅の補正を計算する。
• 現在および将来のコライダー実験における断面積や前後非対称性のずれに対する感受性を評価する。
• TeV スケールの量子重力の仮定に基づいて、基本的プランクスケールおよび追加次元の数を制限する。
• 標準模型を超える新しい物理に感受性の高い過程に焦点を当て、コライダーのシグネチャについて現象論的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 仮想カルラツァ＝クライン重力子の交換は、大規模な追加次元のシナリオにおいて、高エネルギーコライダー過程で測定可能なずれを生じるか？
• RQ2 大規模な追加次元のスケールを間接的に探査するための、最も感受性の高いコライダー観測量は何か？
• RQ3 精密電弱測定は、大規模な追加次元の数および基本的プランクスケールをどの程度制限するか？
• RQ4 将来のコライダーは、間接的シグネチャを通じて、ADD モデルを他の新しい物理のシナリオとどの程度区別できるか？
• RQ5 W+W− → W+W− や qq̄ → γγ などの過程における、カルラツァ＝クライン重力子の交換が散乱振幅に与える主な寄与は何か？

主な発見

• 仮想カルラツァ＝クライン重力子の交換は、Drell-Yan およびベクトルボソン散乱過程に測定可能なずれを引き起こし、大規模な追加次元の間接的シグネチャを提供する。
• モデルは、特に W ボソンの自己エネルギーおよび散乱振幅において、観測可能な補正を予測する。
• Drell-Yan 過程における前後非対称性は、重いカルラツァ＝クラインモードの交換に対して感受性が高くなる。
• 論文は、標準模型からのずれが最大になる特定の運動量領域および最終状態を同定し、最適な探索戦略を提供する。
• 分析により、大規模な追加次元が存在する場合、コライダーが基本的プランクスケールを数 TeV まで探査できることを示している。
• 結果は、LHC での直接生成探索の代替または補完として、仮想的交換を通じた間接的テストが実用的である可能性を示唆している。