[論文レビュー] THE PROCESS $e^+ e^- ightarrow l \bar l q \bar q$ AT LEP AND NLC

D. Y. Bardin, A. Leike+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 25, 1994

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、LEPおよび次世代線形衝突装置（NLC）における過程 $e^+ e^- \rightarrow l\bar{l}q\bar{q}$ の微分断面積を、その高い対称性を活用して $l\bar{l}$ および $q\bar{q}$ のインバリアント質量に関する二重微分分布の簡潔な解析的式を導出することにより、解析的計算を提示する。全断面積は二重数値積分により計算され、高エネルギー $e^+e^-$ 衝突における四フェルミオン最終状態の正確な予測を可能にする。

ABSTRACT

The cross sections for the reaction $e^+ e^- ightarrow l \bar l q \bar q $ and for similar four fermion production processes at LEP~1, LEP~2 and the NLC are calculated. Due to the extraordinary symmetry properties of the process, very compact analytical formulae describe the double differential distributions in the invariant masses of the $l \bar l$ and $q \bar{q}$ pairs. The total cross sections may be obtained with two numerical integrations.

研究の動機と目的

• LEPおよびNLCにおける $e^+e^-$ 衝突における四フェルミオン最終状態の断面積を計算すること。
• $e^+e^- \to l\bar{l}q\bar{q}$ の過程の高い対称性を活用し、二重微分断面積の簡潔な解析的式を導出すること。
• 高エネルギー $e^+e^-$ 衝突におけるレプトンおよびクォーク対を含むレア過程の正確な理論的予測を可能にすること。
• 二重積分による全断面積の数値的評価のためのフレームワークを提供すること。
• 正確な四フェルミオン生成モデルを用いた、標準模型を超える新しい物理の実験的探索を支援すること。

提案手法

• $e^+e^- \to l\bar{l}q\bar{q}$ の過程の高い対称性を活用し、レプトン対 $l\bar{l}$ およびクォーク対 $q\bar{q}$ のインバリアント質量に関する二重微分断面積の解析的式を導出する。
• 摂動的量子場理論の技法を用いて、過程のLeading Orderにおける行列要素を計算する。
• レプトン対およびクォーク対のインバリアント質量のみに依存する簡潔な公式を導出することで、数値的評価を簡素化する。
• 全断面積を求めるために、二つのインバリアント質量変数に関する数値積分を実行する。
• $e^+e^-$ 破壊過程の既知の運動的制約および対称性の性質を用いて、手法の妥当性を検証する。
• LEP1、LEP2、およびNLCエネルギー領域における断面積を、このフレームワークを用いて計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $e^+e^- \to l\bar{l}q\bar{q}$ の過程において、$l\bar{l}$ および $q\bar{q}$ 対のインバリアント質量に関する二重微分断面積の解析的式は何か？
• RQ2 この過程の高い対称性をどのように活用することで、四フェルミオン最終状態分布の計算を簡略化できるか？
• RQ3 LEP1、LEP2、およびNLCエネルギー領域における $e^+e^- \to l\bar{l}q\bar{q}$ の全断面積は何か？
• RQ4 全断面積の数値積分結果と比較して、得られた解析的公式はどの程度正確か？
• RQ5 導出された式は、四フェルミオン最終状態における新しい物理の探査にどの程度応用可能か？

主な発見

• 過程の対称性のおかげで、$l\bar{l}$ および $q\bar{q}$ のインバリアント質量に関する二重微分分布は、簡潔な解析的公式で記述できる。
• 全断面積は、レプトン対およびクォーク対のインバリアント質量変数の二重数値積分によって得られる。
• 解析的公式は、完全な数値的行列要素評価と比較して、断面積の計算を著しく簡素化する。
• 本手法により、標準模型の検証に役立つLEPおよびNLCにおける四フェルミオン生成の正確な予測が可能になる。
• 本フレームワークは、特定の $l\bar{l}q\bar{q}$ チャネルにとどまらず、同様の四フェルミオン最終状態へも応用可能であり、その有用性を拡張する。
• 結果は1995年の *Physics Letters B* に掲載され、解析的アプローチの妥当性と影響力を裏付けている。