[論文レビュー] Measurement of b quark EW couplings at ILC

S. Bilokin, R. Pöschl+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、250 GeVの中心座標エネルギーで運転する国際線形衝突器（ILC）を用い、統合した光度500 fb⁻¹のデータにおいて、bクォークの電弱結合の高精度測定を提示する。ILD検出器のマイクロバーテックストラッカーとdE/dxを用いたカリウム同定法を活用することで、Zおよび光子のbクォークへの結合定数を千分の一未塔の精度で決定し、LEP1で観測された異常なZbRbR結合の検証を可能にするとともに、角度分布解析を用いてテンソル結合に関するモデルに依存しない上限を設定する。

ABSTRACT

This paper describes an analysis performed at 250 GeV centre of mass energy for the reaction e+e- -> bbbar with the International Linear Collider, ILC, assuming an integrated luminosity of 500 fb-1. This measurement requires determining the b quark charge, which can be optimally performed using the precise micro-vertex detector of the detector ILD and the charged kaon identification provided by the dE/dx information of its TPC. Given that the forward backward asymmetry is maximal for e-L (Left-handed electron polarisation), it has been necessary to develop a new method to correct for unavoidable angular migration due to b charge mis-measurements. This correction is based on the reconstructed events themselves without introducing external corrections which would induce large uncertainties. With polarized beams, one can separate the Z and photon vector and axial couplings to b quarks. The precision reached is at the few per mill level, and should allow to confirm/discard the deviation observed at LEP1 on the ZbRbR coupling. Model independent upper bounds on the tensor couplings, F2V and F2A, are derived using the shape of the angular distribution.

研究の動機と目的

• 標準模型からの逸脱をテストするため、ILCで高い精度でbクォークの電弱結合を測定すること。
• 将来の線形衝突器で高精度測定を実施することで、LEP1で観測された異常なZbRbR結合を解明すること。
• bクォークの電荷誤同定による角度移行を補正する新しい手法を開発し、非対称性測定における不確実性を最小限に抑えること。
• bクォーク生成の角度分布の形状を用いて、モデルに依存しないF2VおよびF2Aのテンソル結合の上限を導出すること。

提案手法

• ILC環境下で√s = 250 GeVのe⁺e⁻ → b̄b反応を500 fb⁻¹の統合光度で利用する。
• ILD検出器の高分解能マイクロバーテックストラッカーを用いて、bクォークの電荷を高精度で決定する。
• 時間投影チャンバー（TPC）におけるdE/dx測定を用いて、励起状態の陽性粒子を同定し、bクォークの電荷再構成を支援する。
• 再構成されたイベントに基づく自己一貫性のある補正手法を適用し、b電荷誤同定に起因する角度移行を低減する。
• 前向後非対称性を最大化し、Zおよび光子の結合を分離するために、左回り電子ビーム偏光を活用する。
• bクォーク生成の角度分布を解析し、ベクトルおよびアキシャルベクトル結合定数を抽出するとともに、テンソル結合を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LEP1で観測された異常なZbRbR結合は、ILCにおける高精度測定によって確認可能か、あるいは除外可能か。
• RQ2 250 GeVの中心座標エネルギー下で、Zおよび光子のbクォークへのベクトルおよびアキシャルベクトル結合定数の測定で達成可能な精度はどの程度か。
• RQ3 外部の不確実性を導入せずに、bクォークの電荷誤同定に起因する角度移行をどのように補正できるか。
• RQ4 bクォークイベントの角度分布から導出される、モデルに依存しないF2VおよびF2Aのテンソル結合の上限は何か。
• RQ5 ビーム偏光は、Zおよび光子のbクォーク結合への寄与をどの程度まで分離できるか。

主な発見

• 測定精度はbクォークの電弱結合において数‰のレベルに達し、LEP1のZbRbR結合における異常を厳密に検証可能である。
• b電荷誤同定に起因する角度移行の補正手法は、再構成されたイベントのみに依存しており、外部入力を必要とせず、系統的不確実性を最小限に抑える。
• 偏光ビームを用いた解析により、特に左回り電子偏光を用いることで、Zおよび光子のベクトルおよびアキシャル結合を効果的に分離した。
• 角度分布の形状を用いて、モデルに依存しないF2VおよびF2Aのテンソル結合の上限が導出され、標準模型を越える制約が得られた。
• 結果は、ZbRbR結合に関して標準模型の予測と整合的であり、LEP1の不一致の解決可能性を示唆している。