[論文レビュー] The Physics of Z' bosons

Águila Giménez, Francisco del|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 1994

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、標準模型を超えた拡張ゲージ理論の文脈において、Z′ボソンの理論的性質および素粒子現象論を調査する。量子数、結合定数、および高エネルギー衝突実験での可能性のある信号を検討し、Zボソンの観測量における偏差やDrell-Yan過程における検出可能な共鳴状態を通じて、Z′ボソンが新しい物理の証拠を示す可能性があると結論づける。

ABSTRACT

Presented at hte XVII International School of Theoretical Physics Standard Model & Beyond '93, Szczyrk, Poland, september 19-27, 1993.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えた拡張ゲージ群を有するモデルにおけるZ′ゲージボソンの理論的構造を分析すること。
• さまざまなモデルにおけるZ′ボソンの量子数およびフェルミオン・ゲージボソンへの結合定数を特定すること。
• Drell-Yan過程やZボソンの崩壊のような高エネルギー過程におけるZ′ボソンの素粒子現象論的シグネチャを評価すること。
• 精度電弱観測量におけるずれを通じて、加速器でのZ′ボソンの検出可能性を評価すること。
• 現在の実験的制限および理論的一致性に基づいて、Z′質量および混合角に課される制約を確立すること。

提案手法

• 超電荷群との混合を含む、拡張されたU(1)ゲージ群のゲージ運動項および質量行列を導出する。
• ゲージ群の埋め込みおよびU(1)′とU(1)Y群間の混合角を用いて、フェルミオンへのZ′ボソンの結合を計算する。
• 樹形階層等価定理を適用し、Z′結合を縦方向ベクトルボソン散乱振幅に関連付ける。
• 真空偏極関数の1ループ補正を用いて、SおよびTパラメータへのZ′寄与を評価する。
• ppおよびep衝突におけるZ′共鳴状態のDrell-Yan生成断面積を、フェルミオン対への分岐比を含めて分析する。
• LEPおよびSLDデータがフェルミオンへのZ′結合およびZボソンとの混合に課す制約を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 拡張U(1)モデルにおけるZ′ボソンの可能な量子数およびゲージ量子数は何か？
• RQ2 Z′ボソンは標準模型フェルミオンとどのように結合するのか？そしてその結合強度は何かに依存するか？
• RQ3 ハドロンおよびレプトン加速器におけるZ′ボソンの主な生成および崩壊チャネルは何か？
• RQ4 Z′ボソンは、前後方向非対称性などの精度電弱観測量のずれをどの程度説明できるか？
• RQ5 既存の実験データから、Z′質量および混合角に課される制約は何か？

主な発見

• 追加のU(1)′ゲージ対称性を有するモデルにおいてZ′ボソンが出現しうり、その結合は超電荷埋め込みおよびU(1)Yとの運動項混合に依存する。
• Z′とZボソン間の混合角は、精度電弱データによって制約され、最大混合では標準模型の予測から顕著なずれが生じる。
• pp → Z′ → ℓ⁺ℓ⁻ におけるDrell-Yan過程は、テバトロンおよびLHCにおけるZ′発見のクリアなシグネチャを提供し、断面積はZ′質量および結合強度に敏感である。
• LEPおよびSLDデータからの制約は、フェルミオンへのZ′結合、特にbクォークおよびタウレプトンへの結合を、弱結合定数の数パーセント未満に制限する。
• SおよびTパラメータはZ′のループから顕著な寄与を受けるため、電弱精度データと整合させるためには、Z′質量および混合角の精密な調整が必要である。
• Z′質量が1 TeV未満の場合、十分な統計的精度があれば、Z′ → ℓ⁺ℓ⁻ 共鳴生成を通じてZ′を発見可能であるが、より重いZ′ボソンは、運動量欠損または高多重度最終状態を通じてのみ検出可能である可能性がある。