[論文レビュー] Search for contact interactions at HERA

A. Raval|ArXiv.org|Oct 8, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、HERAにおけるH1およびZEUSコラボレーションの高Q²深部非弾性散乱データを用いて、標準模型を超える物理学の探索を提示している。高出力および偏光したビームを用いたe±p衝突の分析により、接触相互作用、レプトクォーク結合、大規模な追加次元、クォークの電荷半径に関する厳しい制限が得られ、合成スケールは95%信頼水準で最大8.0 TeVまで除外された。

ABSTRACT

The H1 and ZEUS collaborations at HERA have searched for signatures of physics beyond the Standard Model using high Q^2 neutral current deep inelastic electron-proton and positron-proton scattering events. No significant deviations from Standard Model predictions were observed. Various eeqq contact interaction models have been considered. Limits on the compositeness scale in general eeqq contact interaction models, mass to the Yukawa coupling ratio for heavy leptoquarks, the effective Planck mass scale in models with large extra dimensions and the effective quark charge radius are presented.

研究の動機と目的

• HERAにおける高Q²中性荷電型深部非弾性散乱において、標準模型からのずれの有無を調査すること。
• 接触相互作用や大規模な追加次元を含む、新しい物理学の有効場理論モデルを制約すること。
• 有効クォーク電荷半径の測定を通じて、クォークの内部構造を調べること。
• 仮想交換効果を用いて、レプトクォークのヤコビヤ結合定数の上限を設定すること。
• 高出力HERA IIデータと偏光した電子・陽電子ビームを用いることで感度を向上させること。

提案手法

• HERA I（1994–2000）およびHERA II（2002–2007）のデータを用いて、中心系エネルギー920 GeVまでのe⁺pおよびe⁻p散乱事象の分析。
• 接触相互作用を記述するための有効場理論の適用。ラグランジアン項 $\mathcal{L}_{CI} = \sum_{i,j=L,R} \eta^{eq}_{ij}(\bar{e}_i\gamma^\mu e_i)(\bar{q}_j\gamma_\mu q_j)$ を用いる。
• データを標準模型の期待値に正規化するために、CTEQ5DおよびCTEQ6Dのパートン分布関数を用いる。
• 観測されたQ²分布と標準模型の予測を比較し、95%信頼水準（CL）での除外限界を抽出する。
• チャイral構造への感度を高めるために、縦方向の電子・陽電子ビーム偏光（30–40%）を組み込む。
• クォークの電弱的電荷の平均二乗半径を制約するために、古典的形因子近似を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 e±p散乱におけるeeqq接触相互作用の合成スケール $\Lambda$ の上限は何か？
• RQ2 大規模な追加次元モデルにおける有効プランク質量スケール $M_S$ は、データによってどのように制限されるか？
• RQ3 Q²分布のずれから、有効クォーク電荷半径の上限は何か？
• RQ4 異なるレプトクォーク種別および質量に応じて、レプトクォーク質量とヤコビヤ結合定数の比に対する95%信頼水準での上限は何か？
• RQ5 偏光ビームは、接触相互作用モデルにおけるチャイral構造への感度をどのように向上させるか？

主な発見

• 一般化されたeeqq接触相互作用モデルにおいて、合成スケール $\Lambda$ は、ZEUSが1994–2006年のデータを用いて95%信頼水準で最大8.0 TeVまで除外された。
• 大規模な追加次元モデルにおける有効プランク質量スケール $M_S$ に対する制限は、95%信頼水準で、ZEUS（負の結合定数）では0.90 TeV未満、ZEUS（正の結合定数）では0.88 TeV未満の値が除外された。
• H1コラボレーションは、HERA IおよびIIのデータを統合して、クォーク電荷半径が $0.74 \cdot 10^{-16}$ cmを超えるものを95%信頼水準で除外した。
• ZEUSは、レプトクォークの種別および質量に応じて、レプトクォーク質量とヤコビヤ結合定数の比に対して0.29から2.08 TeVの範囲で制限を設定した。
• H1コラボレーションは、HERA Iデータのみを用いて、合成スケールの上限が1.6から5.5 TeVの間であると報告しており、広範な分析と整合的であった。
• 解析されたすべてのチャンネルおよびモデルにおいて、標準模型の予測からの顕著なずれは観測されなかった。