[論文レビュー] Probing the Weak Boson Sector in $\gamma e ightarrow Ze$

Seong Youl Choi|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 1994

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、500 GeVのe⁺e⁻衝突機におけるγe → Ze過程を用いて、中性弱ボソン系における異常な三線形結合を調査する。一般化された次元6のγZγおよびγZZ頂点に対するスピン化した振幅を導出し、CP違反的結合hγ₂およびhZ₂を特定する。Z崩壊の角度分布における上下非対称性が、CP違反的効果を検出するための最も感受性の高いプローブであることが示され、90%信頼水準で10⁻²程度の結合定数の検出が可能である。

ABSTRACT

We study possible deviations from the standard model in the reaction $\gamma e ightarrow Ze$ at a 500 GeV $e^+e^-$ collider. As a photon source we use a laser backscattered photon beam. We investigate the most general $\gamma Z\gamma$ and $\gamma ZZ$ vertices including operators up to energy-dimension-six which are Lorentz invariant. These vertices require four extra parameters; two are CP-conserving, $h^\gamma_1$ and $h^Z_1$, and two are CP-violating, $h^\gamma_2$ and $h^Z_2$. We present analytical expressions of the helicity amplitudes for the process $\gamma e ightarrow Ze$ for arbitrary values of anomalous couplings. Assuming Standard Model values are actually measured we present the allowed region in the ($h^\gamma_1,h^Z_1$) plane at the 90\% confidence level. We then show how the angular correlation of the $Z$ decay products can be used to extract detailed information on the anomalous (especially CP-violating) $\gamma Z\gamma$ and $\gamma ZZ$ couplings.

研究の動機と目的

• 標準模型を越えて中性ボソン系（γZγおよびγZZ）における異常な三線形結合を体系的かつ系統的に探査すること。
• コンプトン逆散乱光子ビームを用いた500 GeVのe⁺e⁻線形衝突機におけるγe → Ze過程の感受性を分析すること。
• Z崩壊生成物の角度分布を通じて、CP保存およびCP違反的異常結合を分離・測定すること。
• hγ₁、hZ₁、hγ₂、hZ₂におけるずれに対するこの過程の感受性、特にCP違反的効果に注目すること。

提案手法

• すべてのゲージ不変なオペレーターを含む、γZγおよびγZZ頂点の一般化されたローレンツ不変で次元6の有効ラグランジアンを構築する。
• 任意の異常結合を考慮した、γe → Zeのスピン化振幅の解析的表現を、完全な運動論的および偏光依存性を含めて導出する。
• Z → f¯f崩壊の微分角度分布の9つの係数を、スピン化振幅の式で表す。
• コンプトン逆散乱による有効光子の強度関数を用いて、現実的な光子ビームスペクトルと強度をモデル化する。
• 特に散乱面内の上下非対称性を用いた角度相関観測量を適用し、CP違反的寄与を分離する。
• 統計的解析を実施し、hγ₁およびhZ₁の90%信頼水準での許容領域を決定し、hγ₂およびhZ₂に対する感受性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 500 GeVのe⁺e⁻衝突機におけるγe → Ze過程は、CP保存的異常γZγおよびγZZ結合（hγ₁、hZ₁）に対してどの程度感受性を有するか。
• RQ2 Z崩壊生成物の角度相関は、CP違反的異常結合（hγ₂、hZ₂）の情報を抽出するためにどのように利用できるか。
• RQ3 γZV頂点構造におけるCP違反的効果に対して、どの運動論的および偏光観測量が最も感受性が高いか。
• RQ4 レーザー光子のスピンが、この過程におけるCP違反的結合の検出にどのように影響するか。
• RQ5 標準模型の断面積が測定された場合、hγ₁およびhZ₁の期待される90%信頼水準での制限は何か。

主な発見

• 標準模型の断面積が測定されたものと仮定した場合、CP保存的結合の90%信頼水準での許容領域は、−0.06 < hγ₁ < 0.04 および −0.08 < hZ₁ < 0.08 である。
• Z崩壊角度分布における上下非対称性（係数F7）が、CP違反的結合を検出するための最も感受性の高い観測量である。
• hγ₂に起因する非対称性ACP(λγ)は散乱角Θに強く依存するが、hZ₂に起因する非対称性はΘにあまり依存しない。
• hγ₂に起因する非対称性はレーザー光子のスピンにほぼ依存しないが、hZ₂に起因する非対称性は強く依存する。
• √s = 0.5 TeVのとき、左回転のレーザー光子ビームを用いた後方散乱領域では、hγ₂およびhZ₂の結合定数が10⁻²程度のオーダーで検出可能である。
• γe → Ze断面積におけるuチャネルの極大支配が、hγ₂に対する感受性をhZ₂よりも高め、結果としてhγ₂がCP奇非対称性の主な寄与源となる。