[論文レビュー] Z polarization in $e^+e^- o ZWW $ for testing special interactions of massive particles

Fernand M. Renard|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、スケール依存質量および質量のあるゲージボソンの最終状態相互作用を調べるため、$e^+e^- \to ZWW$過程を検討し、縦偏光 $Z$ ボソンの割合 $R_L$ がこうした効果に感受することを示している。トップクォーク生成とは異なり、$ZWW$ における $Z_{L}$ 生成は、$W$ および $Z$ の質量スケール依存性および $W_LW_L$ 最終状態相互作用に対して特異に感受し、標準模型を超える新しい物理の補足的制約を提供する。

ABSTRACT

We show that the $ZWW$ production process may give complementary informations about scale dependent heavy particle masses and possible final state interactions as compared to previously studied top quark production processes. We illustrate the $p_Z$ distribution of the rate of longitudinal $Z_L$ component showing its sensitivity to these effects which may arise from heavy particle substructure or a dark matter (DM) environment.

研究の動機と目的

• スケール依存質量および質量のある粒子の最終状態相互作用に対する $e^+e^- \to ZWW$ がトップクォーク生成過程と比較して補足的感度を示すかどうかを調査すること。
• $p_Z$ 依存の縦偏光 $Z$ ボソン率 $R_L$ が $W$ および $Z$ の質量スケール依存性をどのように探査できるかを分析すること。
• 最終状態 $Z_LW_LW_L$ 相互作用が、構造的成分やダークマター環境から生じる可能性がある影響を評価すること。
• $Z_{L}$ 生成の感度が $Zt\bar{t}$ および $W_{L}t\bar{b}$ 生成過程と比較して、質量の組み合わせの違いによってどのように異なるかを比較すること。
• $ZWW$ 生成が、標準模型を超える新しい物理を精密に探査するためのツールとしての可能性を評価すること。

提案手法

• $\sqrt{s} = 5$ TeV における $p_Z$ 依存の縦偏光 $Z$ ボソン生成率 $R_L = \sigma(Z_LWW)/\sigma(Z_TWW + Z_LWW)$ の計算。
• 高エネルギー極限における $Z_L$ とゴルドストーンボソン ($G^0$) 振幅の等価性を用い、$G^0WW$ 振幅は主項で $m_W$ および $1/m_W$ に比例する。
• スケール依存の $W$ および $Z$ 質量モデルを導入：$m_{W,Z}(s) = m_{W,Z} (m_{\text{th}}^2 + m_0^2)/(s + m_0^2)$、$m_0 = 2,4$ TeV。
• 最終状態相互作用は、$C(x) = 1 + \frac{m_Z^2}{m_0^2} \ln\left(-x/(m_Z + m_W)^2\right)$ を用いたテスト因子 $(1 + C(s))$ でモデル化し、$m_0 = 0.5$ TeV として $Z_LW_L^+W_L^-$ 振幅に適用。
• $R_L$ および $R_L^G$（ゴルドストーン等価）の $p_Z$ 分布を計算し、標準模型からのずれを特定する。
• 部分エネルギーおよび角度依存性などの運動学的構造が、スケール依存質量効果と最終状態相互作用効果を分離するためのツールとして提案される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $e^+e^- \to ZWW$ における $p_Z$ 依存の縦偏光 $Z$ ボソン率は、スケール依存の $W$ および $Z$ 質量にどのように反応するか？
• RQ2 $ZWW$ 生成における $Z_{L}$ 確率は、$Zt\bar{t}$ および $W_{L}t\bar{b}$ 生成における $Z_{L}$ 確率と比較して、質量スケール依存性にどのように反応するか？
• RQ3 最終状態 $Z_LW_L^+W_L^-$ 相互作用は、$Z_{L}$ 確率におけるスケール依存質量効果をどれほど模倣するか、あるいはそれらをどのように区別できるか？
• RQ4 $ZWW$ 生成における $Z_{L}$ 偏光は、$W$ および $Z$ 質量スケール依存性を含む新しい物理を清浄に探査するプローブとして機能できるか？
• RQ5 部分エネルギーまたは角度依存性などの運動学的特徴は、スケール依存質量効果と最終状態相互作用効果を分離するのをどのように支援できるか？

主な発見

• $e^+e^- \to ZWW$ における $Z_L$ 確率は、スケール依存の $W$ および $Z$ 質量に対して顕著な感受性を示し、$Zt\bar{t}$ や $Wt\bar{b}$ とは符号が逆である。
• $p_Z$ 分布における $R_L$ は、$m_W(s)$ がスケール依存のとき、特に低 $p_Z$ で標準模型から顕著なずれを示す。これは、$1/m_W$ に比例する振幅と $m_W^2/s$ 紛失項の相互作用によるものである。
• 高 $p_Z$ ではゴルドストーン等価性（$R_L^G$）が保持されるが、低 $p_Z$ では $m_Z^2/s$ 紛失項によりずれが生じる。これは高精度測定の重要性を強調する。
• 最終状態 $Z_LW_L^+W_L^-$ 相互作用は、$C(x)$ 要素でモデル化され、$R_L$ の $p_Z$ 分布に測定可能な歪みを引き起こす。運動論的解析により、質量スケール効果と区別可能である。
• $ZWW$ における $Z_{L}$ 確率は、$W$ および $Z$ 質量にのみ感受するため、トップクォーク過程とは異なり、ゲージボソン質量スケール依存性に関連する新しい物理をテストする補足的プローブとして特異である。
• 本研究は、$\sqrt{s} = 5$ TeV における $ZWW$ 生成が、特に $HWW$ や $HZZ$ と組み合わせた場合、新しい物理を探査する有望なチャンネルであると示唆しているが、$H$ の同定は $Z$ よりも困難である可能性がある。