[論文レビュー] Revisiting ZZ and \gamma Z production with effective field theories

Oscar Catà|arXiv (Cornell University)|Apr 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、高エネルギー領域における$ZZ$および$\gamma Z$生成について、体系的で効果的な場理論（EFT）分析を提示している。中性三重ゲージボソン（nTGC）補正は、木レベルでは抑制されているが、エネルギー増幅のため、縦-横（LT）最終状態偏極において支配的になる。$\sqrt{s} \sim 0.6{-}1$ TeVのエネルギー領域では、これらの効果が標準模型予測から最大20%のずれを生じさせ、偏極分析がLHCおよび将来の線形衝突機における新しい物理の検出に強力なツールであることを示している。

ABSTRACT

A complete and systematic effective field theory analysis of new physics effects in \\bar{f}f -> ZZ and \\bar{f}f -> \\gamma Z is performed. Results are presented for the different initial and final-state polarized differential cross sections in terms of oblique, gauge-fermion and neutral triple gauge corrections (nTGC). Phenomenological signatures for new physics detection at the LHC and at future linear colliders are discussed. In comparison to WW production, they follow a completely different pattern: nTGC only appear at NNLO in the effective field theory expansion and, accordingly, are extremely suppressed. However, in the high energy regime, v << \\sqrt{s} << 3 TeV, nTGC are shown to neatly dominate the longitudinal-transversal final-state polarizations over the standard model background. Their tiny effects get hugely amplified at energies \\sqrt{s} (0.6-1) TeV and can easily generate up to 20% deviations over the standard model predictions.

研究の動機と目的

• 標準模型の場の内容と$SU(2)\times U(1)$ゲージ対称性を尊重した、モデルに依存しないEFTフレームワークを用いて、$\bar{f}f \to ZZ$および$\bar{f}f \to \gamma Z$における新しい物理効果を体系的に分析すること。
• 従来の形式因子アプローチの限界を克服し、しばしば無視されるゲージ-フェルミオンおよび斜め補正を含む、すべての関連EFT作用素を統合すること。
• 最終状態の偏極、特にLTモードが、木レベルで検出不能なほど抑制されているnTGC効果をどのように隔離・増幅できるかを特定すること。
• 中性二ボソン生成の事象論と$WW$生成を比較し、作用素構造およびエネルギースケーリングにおける主要な相違点を強調すること。
• 将来の線形衝突機が偏極に敏感な測定を用いてNNLO EFT係数を探索可能であり、$\sqrt{s} \sim 0.6{-}1$ TeVでLTチャンネルにおいて20%のずれを検出可能であることを示すこと。

提案手法

• 新しい物理スケール$\Lambda$の逆巾の累乗で整理された、標準模型の場の内容と$SU(2)\times U(1)$ゲージ対称性に基づく、モデルに依存しないEFTフレームワークを構築する。
• ZZおよび$\gamma Z$生成に関連するすべての次元6 EFT作用素を含め、ゲージ-フェルミオン、斜め、および中性三重ゲージボソン（nTGC）補正に区別する。
• すべての初期状態および最終状態のスピン状態（$TT$、$LT$、$LL$を含む）における偏極微分断面積を完全に計算する。
• エネルギースケーリング（$s \sim \Lambda^2$）を用いて、$s$-増幅nTGC効果がSMの1ループ寄与を上回る領域を同定する。
• 偏極非対称性を用いて、特に部分的に支配的でないLTチャンネルにおいて、さまざまなEFT係数からの寄与を分離する。
• 電弱対称性の破れの線形的および非線形的実現を比較し、異なるUV完成形にわたるロバストネスを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべてのEFT作用素を体系的に含めた場合、中性三重ゲージボソン（nTGC）補正は$ZZ$および$\gamma Z$生成においてどのように現れるか？
• RQ2 なぜ$ZZ$および$\gamma Z$生成におけるnTGC効果は木レベルで抑制されているが、高エネルギー領域では検出可能になり得るのか？どのような条件下で支配的になるのか？
• RQ3 最終状態の偏極、特にLTモードが、通常は無視できるほど小さいnTGC寄与をどれほど増幅・分離できるのか？
• RQ4 ZZ/$\gamma Z$生成におけるEFT作用素構造およびエネルギースケーリングは、$WW$生成とどのように異なり、その現象論的結果は何か？
• RQ5 将来の線形衝突機（$\sqrt{s} \sim 0.6{-}1$ TeV）は、NNLO EFT補正による$\mathcal{O}(20\%)$のずれを解像可能か？

主な発見

• nTGC補正は、EFT展開においてNNLOでしか現れず、木レベルではパラメトリカルに抑制されている。SM寄与は、異常なフェルミオン・トライアングルを通じて1ループでのみ生じる。
• 高エネルギー領域（$v \ll \sqrt{s} \ll 3$ TeV）では、nTGC効果が縦-横（LT）最終状態偏極チャンネルを支配するが、横-横（TT）チャンネルは依然としてSM支配的である。
• $\sqrt{s} \sim 0.6{-}1$ TeVのエネルギー領域では、$s$-増幅nTGC寄与がLTチャンネルで標準模型予測から最大20%のずれを生じさせ、低エネルギー領域での微小さとは対照的である。
• TTチャンネルは断面積において支配的であり、主にパーミイルレベルの斜め補正に影響を受けるが、LTチャンネルは新しい物理検出のクリアな窓を提供する。
• 偏極分析によりEFT係数が分離可能である：$ZZ/\gamma Z$生成では、斜め、ゲージ-フェルミオン、nTGC作用素が最終状態の偏極を介して個別に探査可能であるが、$WW$生成とは異なり、これらは混合する。
• $e^+e^-$衝突において、線形衝突機エネルギーで偏極に敏感な測定を用いることで、すべての6つの独立したEFTパラメータ（$ZZ$用に2つ、$\gamma Z$用に4つ）を独立して決定可能である。