[論文レビュー] Threshold scans in Central Diffraction at the LHC

M. Boonekamp, J. Cammin+2 more|ArXiv.org|Apr 21, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける中心的ダイファラクティブ対生成において、ローマンポット検出器を用いた二重ポンメロンまたは光子交換によるしきい値スキャンを提案し、高精度で重い粒子の質量を測定することを目的としている。この手法によりトップクォーク質量の測定が1 GeV未塔の高精度に達し、Wボソン生成は検出器のキャリブレーション手法として有効であることが示された。

ABSTRACT

We propose a new set of measurements which can be performed at the LHC using roman pot detectors. The method exploits excitation curves in central diffractive pair production, and is illustrated using the examples of the W boson and top quark mass measurements. Further applications are mentioned.

研究の動機と目的

• 排他的および非排他的二重ポンメロン交換（DPE）過程を用いた、LHCにおける重い粒子質量の測定のための新規手法の開発。
• Wボソン対生成のしきい値スキャンを通じて、ローマンポット検出器の性能をキャリブレーションおよび検証する。
• 部分子分布への感受性を評価することにより、インクルーシブDPEトップクォーク対生成を用いてポンメロンの構造を解明する。
• ストップおよびスバットなどの超対称粒子質量の測定可能性を、排他的DPE事象におけるしきい値スキャンの観点から検討する。
• 二光子交換過程におけるW⁺W⁻生成を通じて、ゲージボソンの自己相互作用における異常な結合定数を調査する。

提案手法

• 中心的微分事象において、重い粒子対（例：W⁺W⁻、t\bar{t}）を生成する排他的および非排他的二重ポンメロン交換（DPE）過程を用いる。
• γγ → W⁺W⁻（QED）およびポンメロン-ポンメロン → t\bar{t}（QCD）過程の理論的断面積計算を実施し、光子フラックスおよび急速度ギャップ生存要因を含む。
• 生成閾値付近の励起曲線から粒子質量を抽出するための2つのフィッティング手法（「オンセット」および「ヒストグラム」）を適用する。
• 検出器効果をシミュレートし、ローマンポットで測定されたそのままのプロトンを有する中心的微分事象を分離するための運動量カットを適用する。
• 排他的および非排他的DPE事象をモデル化し、欠落質量分布を比較するためにモンテカルロジェネレータ（DPEMC、POMWIG、Bialas-Landshoffモデル）を用いる。
• 特に高い運動量分率（β）における部分子分布関数へのしきい値スキャンの感受性を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心的微分散W⁺W⁻生成におけるしきい値スキャンは、LHCにおけるローマンポット検出器の高精度キャリブレーションを可能にするか？
• RQ2 高インテンシティ条件下における排他的DPE事象を用いたトップクォーク質量測定で達成可能な精度はどの程度か？
• RQ3 インクルーシブDPE t\bar{t}事象は、高い運動量分率におけるポンメロン内のグルーオン密度をどの程度制限できるか？
• RQ4 しきい値スキャンは、DPEにおける因数分解可能および非因数分解可能なポンメロン構造モデルを区別できるか？
• RQ5 二光子交換過程におけるW⁺W⁻生成は、Wボソン自己相互作用における異常結合定数をどの程度感度よく検出できるか？

主な発見

• Wボソン質量のしきい値スキャンによる測定は、ローマンポット検出器のキャリブレーションに頼れるツールを提供するが、標準的手法に比べて精度は優れていない。
• 高インテンシティ条件下で排他的DPE事象を用いたトップクォーク質量測定は、1 GeV未塔の高精度に達し、従来手法と同等の性能を示す。
• インクルーシブDPE t\bar{t}生成における欠落質量分布は、ポンメロン内グルーオン密度に敏感であり、異なる部分子分布フィット（例：フィット1対フィット2）では明確に異なる形状を示す。
• しきい値スキャン手法は、欠落質量スペクトルの違いを通じて、因数分解可能な（POMWIG）と非因数分解可能な（Bialas-Landshoff）DPEモデルを区別可能である。
• ストップおよびスバットの排他的DPE生成は、これらの粒子が存在し、LHCで対生成される場合、測定チャネルとして有効である。
• 二光子交換過程におけるW⁺W⁻生成は、断面積が結合定数の4乗に依存するため、異常なW結合定数に対して極めて感受性が高く、検出可能である。