[論文レビュー] Vector boson Pair Production at Supercolliders; useful approximate helicity amplitudes

J. Layssac, F. M. Renard+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 1993

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、LHCおよびSSCにおける$q\bar{q}$消滅およびベクトルボソン融合におけるベクトルボソン対生成の簡単で正確な近似ヘリシティ振幅を導出し、次元6のオペレーター$\mathcal{O}_W$および$\mathcal{O}_{UW}$に由来する異常な結合に注目する。これらのオペレーターは横方向のベクトルボソン生成を強調し、高エネルギー領域（1 TeV以上）における新しい物理の実験的探索や、標準模型を超える物理の分離に実用的なツールを提供する。

ABSTRACT

We study vector boson pair production at $LHC$ and $SSC$, taking into account the effects generated by the anomalous vector boson and Higgs couplings induced by the operators ${\cal O}_W$ and ${\cal O}_{UW}$, which are the only dim=6 operators preserving $SU(2)_c$. These operators lead to enhanced production of transverse vector bosons, as opposed to the enhanced production of longitudinal gauge bosons, induced in case $M_H\gsim 1\ TeV$, by dim=4 terms already existing in the Standard Model lagrangian. For vector boson pair masses larger than $1\ TeV$, we establish very simple approximate expressions for the standard as well as the non-standard helicity amplitudes for $q\bar q$ annihilation and vector boson fusion, which accurately describe the physics. These expressions should simplify the experimental search for such interactions. We finally discuss the observability and the disentangling of these interactions.

研究の動機と目的

• 高エネルギー加速器におけるベクトルボソン対生成を、次元6のオペレーターに由来する非標準的相互作用を焦点として高精度にモデル化すること。
• 高質量$W^+W^-$および$ZZ$最終状態における異常な結合と標準模型の寄与を区別する課題に対処すること。
• 1 TeV以上の質量領域におけるヘリシティ振幅の簡潔で正確な表現を導出し、実験的解析を簡素化すること。
• 異常なベクトルボソン結合に起因する新しい物理効果の明確な観測と分離を可能にすること。
• 完全な振幅計算を伴わずに主要な物理を捉える、実用的な近似を提供すること。

提案手法

• $SU(2)_c$を保存し、異常な結合を生成する関連する次元6のオペレーター$\mathcal{O}_W$および$\mathcal{O}_{UW}$を同定する。
• 有効場理論的手法を用いて、$q\bar{q} \to VV$およびベクトルボソン融合過程の近似ヘリシティ振幅を導出する。
• 運動的および対称性の制約に起因する簡略化が顕著になる高質量領域（$M_{VV} > 1$ TeV）に注目する。
• 完全な振幅計算との比較により近似の妥当性を検証し、横方向および縦方向の偏光状態において高い正確性を示す。
• 有効ラグランジアンの構造を用いて主要寄与を特定し、二次的項を抑制する。
• 近似を用いて、実験的比較に適した生成断面積および偏光非対称性の推定を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 次元6のオペレーターに由来する異常な結合は、高エネルギー領域におけるベクトルボソン対生成のヘリシティ構造にどのように影響を与えるか？
• RQ2 $M_{VV} > 1$ TeVにおける$q\bar{q}$消滅およびベクトルボソン融合のヘリシティ振幅に対して、簡単で正確な解析的表現を導出できるか？
• RQ3 これらの異常な結合が存在する場合、横方向と縦方向のベクトルボソン生成の相対的増幅はどのように変化するか？
• RQ4 これらの近似振幅は、LHCおよびSSCにおける新しい物理の探索感度をどのように向上させ得るか？
• RQ5 これらの近似を用いることで、異常な結合を標準模型の寄与からどの程度まで分離できるか？

主な発見

• 次元6のオペレーター$\mathcal{O}_W$および$\mathcal{O}_{UW}$は、高ヒッグス質量効果による縦方向の増幅とは対照的に、横方向のベクトルボソン生成を顕著に増幅させる。
• $M_{VV} > 1$ TeVにおける$q\bar{q}$消滅およびベクトルボソン融合過程の両方について、簡単で正確なヘリシティ振幅の近似式が導出された。
• 近似式は高い精度で主要な物理を捉えており、断面積および偏光非対称性の信頼性ある推定を可能にする。
• これらの式は、高質量探索における実験データの解析を簡素化し、完全な振幅計算の必要性を低減する。
• このモデルにより、高エネルギー加速器実験における異常な結合と標準模型のバックグラウンドを明確に観測・分離できる。
• 完全な計算との比較により、近似の正確性が、関連する運動的領域全域で確認された。