[論文レビュー] Probing $WW\gamma$ coupling through $e^- \gamma ightarrow u_e W^-$ at ILC

Satendra Kumar, P. Poulose|arXiv (Cornell University)|Jan 7, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ILCにおける$e^- \/gamma \to \mu_e W^-$反応を用いて、異常な$WW\gamma$結合をプローブする手法を提案している。クリーンな単一レプトン最終状態を活用し、$\sqrt{s} = 500$ GeV、非極化ビーム、100 fb$^{-1}$の条件下で、$\delta\kappa_\gamma$に対して$\pm 0.004$の感度を達成する。角度およびエネルギー分布の分析により、$\lambda_\gamma < 0$に対する感度が向上し、数パーミルの限界まで改善され、$\lambda_\gamma < 0$と$\lambda_\gamma \geq 0$の区別が可能になる。

ABSTRACT

The anomalous $WW\gamma$ coupling is probed through $e\gamma ightarrow u W$ at the ILC. With a spectacular single lepton final state, this process is well suited to study the above coupling. Cross section measurements can probe $\delta \kappa_\gamma$ to about $\pm 0.004$ for a luminosity of 100 fb$^{-1}$ at $500$ GeV center-of-mass energy with unpolarized electron beam. The limits derivable on $\lambda_\gamma$ from the total cross section are comparatively more relaxed. Exploiting the energy-angle double distribution of the secondary muons, kinematic regions sensitive to these couplings are identified. The derivable limit on $\lambda_\gamma < 0$ could be improved to a few per-mil, focusing on such regions. More importantly, the angular distributions at fixed energy values, and energy distribution at fixed angles present very interesting possibility of distinguishing the case of $\lambda_\gamma <0$ and $\lambda_\gamma \ge 0$.

研究の動機と目的

• ILCにおける$e^- \gamma \to \mu_e W^-$過程を用いて、異常な$WW\gamma$結合への感度を調査すること。
• 高精度測定を用いた$\delta\kappa_\gamma$および$\lambda_\gamma$結合のプローブ可能性を評価すること。
• $\lambda_\gamma < 0$に対する感度を高めるエネルギー-角度分布におけるキネマティック領域を同定すること。
• 角度およびエネルギー分布の判別力が、$\lambda_\gamma < 0$と$\lambda_\gamma \geq 0$を区別する上で果たす役割を調査すること。

提案手法

• 中心エネルギーエネルギー500 GeV、非極化電子ビームを用いたILCにおける$e^- \gamma \to \mu_e W^-$過程を用いる。
• 全断面積の分析を通じて、$\delta\kappa_\gamma$および$\lambda_\gamma$に対する制限を導出する。
• 最終状態のミューオンのエネルギー-角度二重微分分布を分析し、異常結合に感受性の高いキネマティック領域を同定する。
• 固定エネルギーまたは固定角度の設定を選択することで、$\lambda_\gamma < 0$に対して高い感度を持つ領域に焦点を当てる。
• 固定エネルギーにおける角度分布と固定角度におけるエネルギー分布を比較し、$\lambda_\gamma < 0$と$\lambda_\gamma \geq 0$を区別する。
• キネマティック再構成と統計解析を適用し、100 fb$^{-1}$の統計的データから結合定数の制約を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ILCにおける$e^- \gamma \to \mu_e W^-$過程は、異常な$WW\gamma$結合に対してどの程度の感度を持つのか？
• RQ2 最終状態ミューオンのエネルギー-角度分布は、$\lambda_\gamma < 0$に対する感度をどのように向上させるか？
• RQ3 固定エネルギーにおける角度分布は、$\lambda_\gamma < 0$と$\lambda_\gamma \geq 0$を区別できるか？
• RQ4 全断面積測定を用いることで、$\delta\kappa_\gamma$および$\lambda_\gamma$に達成可能な限界は何か？
• RQ5 $\lambda_\gamma$に対する感度が最大になるキネマティック領域はどこか？

主な発見

• 全断面積測定により、$\sqrt{s} = 500$ GeV、非極化ビーム、100 fb$^{-1}$の条件下で、$\delta\kappa_\gamma$に対して$\pm 0.004$の感度が達成された。
• 全断面積からの$\lambda_\gamma$の制限は比較的緩く、微分解析の必要性を示唆している。
• エネルギー-角度分布を用いて同定された特定のキネマティック領域に注目することで、$\lambda_\gamma < 0$に対する制限は数パーミルまで改善された。
• 固定エネルギーにおける角度分布は、$\lambda_\gamma < 0$と$\lambda_\gamma \geq 0$を区別する強力な可能性を示している。
• 固定角度におけるエネルギー分布も、$\lambda_\gamma$の符号を区別する有望な手法である。
• エネルギー-角度分布の組み合わせにより、全断面積測定を上回る感度と判別力が得られた。