[論文レビュー] The bound on the mass of the new gauge boson $Z^{\prime}$ from the process $\mu\longrightarrow 3e$

C. X. Yue, Guoli Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、トップカラーヘルプド・テクニカラー模型における新しいゲージボソン $Z^\prime$ の質量制約を、珍しいミュオン崩壊 $\mu \to 3e$ を用いて調査する。この過程の実験的ブランチング比の上限を分析することで、$M_{Z^\prime}$ に対するきびしい下限が導かれる。$k_1 \leq 1$ の場合、現在の実験データと整合するためには $Z^\prime$ の質量が 1.64 TeV を超えなければならないことが示されている。

ABSTRACT

The new gauge boson $Z^{\prime}$ predicted by the strong top dynamical symmetry breaking models has significant contributions to the lepton flavor changing process $\mu\longrightarrow 3e $. We consider the bound on the mass of the new gauge boson $Z^{\prime}$ from the experimental value of the branching ratio $Br(\mu\longrightarrow 3e)$ in the framework of topcolor assisted technicolor models. We find that the precision experimental value of $Br(\mu\longrightarrow 3e)$ gives a severe bound on the $Z^{\prime}$ mass $M_{Z^{\prime}}$. For $k_1 \leq 1$, $M_{Z^{\prime}}$ must be larger than 1.64 $TeV$.

研究の動機と目的

• 強いトップダイナミカルスピン対称性破れ模型で予言される新しいゲージボソン $Z^\prime$ の質量を制約すること。
• $Z^\prime$ がレプトンフラバー違反過程、特に $\mu \to 3e$ を媒介する役割を調査すること。
• 実験的に測定された $\mu \to 3e$ のブランチング比を用いて、$M_{Z^\prime}$ に対するモデルに依存しない下限を導出すること。
• 精度の高いフラバー違反制約の観点から、トップカラーヘルプド・テクニカラー模型の妥当性を評価すること。

提案手法

• フェルミオンへのクーリングの記述に、トップカラーヘルプド・テクニカラー模型の枠組みを用いて $Z^\prime$ ボソンのカップリングを記述する。
• 有効ラグランジアンアプローチを用いて、$Z^\prime$ 交換が $\mu \to 3e$ 崩壊振幅に与える寄与を計算する。
• 実験的上限である $Br(\mu \to 3e)$ を適用して、$Z^\prime$ カップリング強度と質量を制約する。
• モデルパラメータ $k_1 \leq 1$ の条件下で、理論的予測が実験的上限内に収まるようにするため、$M_{Z^\prime}$ に下限を導出する。
• Z'カップリング、質量、崩壊率の関係を用いて、$M_{Z^\prime}$ の保守的な下限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トップカラーヘルプド・テクニカラー模型において、$\mu \to 3e$ ブランチング比の上限と整合するための $Z^\prime$ ボソンの最大許容質量は何か？
• RQ2 $Z^\prime$ のレプトンフラバー違反への寄与は、モデルパラメータ $k_1$ にどのように依存するか？
• RQ3 この $\mu \to 3e$ 崩壊過程は、新しいゲージボソン $Z^\prime$ の存在をどの程度制約するか？
• RQ4 このモデルにおける $Z^\prime$ ボソンは、トップクォークコンデンゲーションとフラバー違反過程の両方を説明しつつ、実験と矛盾しないか？

主な発見

• トップカラーヘルプド・テクニカラー模型における $Z^\prime$ ボソンは、レプトンフラバー違反崩壊 $\mu \to 3e$ に顕著な寄与を示す。
• 実験的上限である $Br(\mu \to 3e)$ は、$Z^\prime$ の質量に対してきびしい制約を課す。
• $k_1 \leq 1$ の場合、現在の実験データと整合するためには $Z^\prime$ の質量が 1.64 TeV を超えなければならない。
• この制約はモデルの仮定のもとで頑健であり、珍しいミュオン崩壊が標準模型を超える新しい物理に敏感であることを示している。
• この結果は、与えられたパrameter範囲において、1.64 TeV 未満の質量の $Z^\prime$ ボソンはこのクラスの模型では除外されることを示唆している。