[論文レビュー] Indirect Evidence for New Physics at the 10 TeV Scale

H. Kowalski, L.N. Lipatov+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、BFKLギャラクシー密度フレームワークにおける離散ポメロン状態の分析を通じて、HERAの深く非弾性散乱データから10 TeVスケールの新しい物理の間接的証拠を抽出する手法を提案する。N=1超対称性効果を含めるためにBFKLカーネルとベータ関数を修正することで、SUSYスケールを10–15 TeVに設定した場合、$F_2$データへのフィットが著しく改善され、$χ^2/\text{ndf} = 1.06$ となる一方、標準模型では1.18となる。

ABSTRACT

We show that the supersymmetric extension of the Standard Model modifies the structure of the low lying BFKL discrete pomeron states (DPS) which give a sizable contribution to the gluon structure function in the HERA x and Q2 region. The comparison of the gluon density, determined within DPS with N=1 SUSY, with data favours a supersymmetry scale of the order of 10 TeV. The DPS method described here could open a new window to the physics beyond the Standard Model.

研究の動機と目的

• HERAの低エネルギーデータが、HERAエネルギーレジームよりもはるかに高いスケールでの新しい物理を間接的に探査できるかどうかを調査すること。
• 特に超対称性を含む、標準模型を逸脱する（BSM）効果に対して、BFKLフレームワークにおける離散ポメロン解の感受性を評価すること。
• N=1 SUSYがランニングカップリングおよびBFKLカーネルに与える修正が、グルーオン構造関数およびデータフィット品質に与える影響を特定すること。
• BFKL形式的における赤外境界条件が、低$x$データを通じて高スケールのBSM物理を制約するのにどのように利用できるかを検討すること。
• BFKL固有関数の非摂動的位相依存性を活用することで、実験エネルギーよりもはるかに高いスケールでの新しい物理を探査する新手法を確立すること。

提案手法

• 本研究では、ランニングカップリングを伴うBFKLカーネルの固有関数から導かれる離散ポメロン解（DPS）を用いる。
• 固有関数は、臨界横運動量 $k_{\text{crit}}$ において $\nu(k_{\text{crit}}) = 0$ となる点で位相を一致させ、位相を $-\pi/4$ に固定する半古典的近似によって構築される。
• 赤外境界条件は、低スケール $k_0$ における非摂動的位相 $\eta_n\pi$ を仮定することで実装され、これは転送点数 $n$ を用いて量子化される。
• ランニングカップリングおよびNLO特徴関数を含む二ループランニングとN=1超対称性寄与を含めるために、BFKLカーネルおよびベータ関数を修正する。
• グルーオン密度は、摂動的光子および非摂動的陽子インパクト因子とのBFKLグリーン関数の畳み込みによって計算される。
• モデルは $Q^2 > 8\,\text{GeV}^2$ のHERA $F_2$ データにフィットされ、フィット品質は自由度あたりの $χ^2$ によって評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BFKLフレームワークにおける離散ポメロン状態の構造が、HERAエネルギーよりもはるかに高いスケールでの新しい物理の間接的シグネチャーを検出できるか。
• RQ2 N=1超対称性がベータ関数およびBFKLカーネルに与える寄与が、低$x$領域における固有関数の形状およびスペクトルにどのように影響を与えるか。
• RQ3 SUSYを異なるエネルギースケール（例：3 TeV 対 10–15 TeV）で含めると、HERA $F_2$ データへのフィット品質に測定可能な差が生じるか。
• RQ4 非摂動的境界条件である赤外境界条件が、BFKL固有関数構造を通じて高スケールのBSM物理に関する情報をどれほど含んでいるか。
• RQ5 BFKL離散ポメロン手法が、高スケール物理への感受性を有することにより、標準的なDGLAPフィットよりも$Q^2$進化の予測力が高まるか、特にフィット領域を超えて。

主な発見

• 10–15 TeVのSUSYスケールでN=1超対称性を含めると、HERA $F_2$ データへのフィットが著しく改善され、$χ^2/\text{ndf} = 1.06$ となる一方、標準模型では1.18となる。
• 3 TeVのSUSYスケールでは、標準模型と同等のフィット品質にとどまり、低スケールでは感受性がないことが示された。
• 10–15 TeVでのフィット品質の向上は、ランニングカップリングおよびNLOカーネル寄与の修正に起因する固有値スペクトルおよびBFKL固有関数の形状の変化によるものである。
• SUSYを含めても、前回の標準模型のみの研究と同一の非摂動的位相 $\eta_n$ の関数形が最良のフィットをもたらしたため、位相パラメータライゼーションの堅牢性が示された。
• 本手法により、DGLAPフィットがこのようなしきい値に感受性を持たないのとは異なり、BFKLベースのモデルが非摂動的境界条件を通じて高スケールのBSM物理に感受性を示すことが明らかになった。
• 固有関数解のグローバルな性質により、高エネルギーと低エネルギーの振る舞いを結びつけることから、離散ポメロンアプローチは、実験エネルギーよりもはるかに高いスケールでの新しい物理を探査する新たな視点を提供する。