[논문 리뷰] Effect of earth rotation on pair production of Standard Model Higgs bosons at linear colliders in the noncommutative space-time

Prasanta Kumar Das, Abhishodh Prakash|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 05.

Noncommutative and Quantum Gravity Theories인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 향후 선형 충돌기에서 e⁺e⁻ 충돌에서 힉스 보손 쌍 생성에 대한 비환원성(NC) 효과를 조사하며, Seiberg-Witten 변환을 사용하여 NC 매개변수 Θμν에 대해 첫 번째 차수에서 NC 보정을 계산한다. 지구의 자전은 NC 스케일 Λ ≈ 330–660 GeV에서 125 GeV 힉스 질량일 때 시간 평균 단면적이 검출 가능하다는 것을 발견하였으며, 중심질량 에너지가 500 GeV일 경우 제약 조건은 339–677 GeV로 강화된다.

ABSTRACT

We study the neutral Higgs boson pair production through $e^{+} e^{-}$ collision in the noncommutative(NC) extension of the standard model using the Seiberg-Witten maps of this to the first order of the noncommutative parameter $Θ_{μν}$. This process is forbidden in the standard model at the tree level with background space-time being commutative. After including the effects of earth's rotation we analyse the time-averaged cross section of the pair production of Higgs boson (in the light of LEP II and LHC data) at the future Linear Collider which can be quite significant for the NC scale $Λ$ lying in the range $0.3 - 1.0$ TeV. For the 125 GeV Higgs mass(the most promising value of Higgs mass as reported by LHC), we find the NC scale as $330 m{GeV}$ $\le Λ\le 660 m{GeV}$ and using $m_h = 129(127.5) m{GeV}$ (the lower threshold value of the excluded region of $m_h$ reported by ATLAS(CMS) collaborations of LHC), we find the bound on $Λ$ as: (i) $339 (336) m{GeV} \le Λ\le 677 (670) m{GeV}$ corresponding to the Linear Collider energy $E_{com} = 500 m{GeV}$.

연구 동기 및 목표

• 비환원성(NC) 시공간 효과가 트리 수준에서 금지된 표준모형에서 관측 가능한 힉스 보손 쌍 생성 단면적을 생성할 수 있는지 조사하기 위해.
• 지구의 자전이 비환원성 표준모형의 힉스 쌍 생성에 대한 시간 평균 단면적에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특히 125 GeV 힉스 질량 영역에 중점을 두어 LEP II 및 LHC 데이터를 사용하여 NC 스케일 Λ에 대한 제약 조건을 유도하기 위해.
• 미래 선형 충돌기가 H→hh 붕괴 채널을 통해 비환원성 물리 현상을 감지할 수 있는 민감도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 비환원성 표준모형을 비환원성 매개변수 Θμν에 대해 첫 번째 차수에서 교환 가능한 장 이론에 통합하기 위해 Seiberg-Witten 변환을 사용한다.
• γ 및 Z 교환을 통한 e⁺e⁻ → HH 산란 진폭을 계산하며, Θμν 텐서로부터 비환원성 보정을 포함한다.
• Moyal-Weyl 별곱을 적용하여 라그랑지안과 점섭 상호작용을 수정함으로써 비환원성 프레임워크 내에서 게이지 불변성을 유지한다.
• 스핀 평균 제곱 진폭을 계산하며, γ 및 Z 기여의 간섭항을 포함하고, NC 벡터 Θ̂E에 대한 명시적 의존성을 포함한다.
• 중심질량 프레임에서 위상공간에 대해 통합하며, 지구 자전의 시간 평균 효과로 인해 NC 벡터 Θ̂E의 방향이 변하는 것을 고려한다.
• LHC 배제 한계를 사용하여 √s, m_h 및 Λ에 따라 총 단면적을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비환원성 시공간 효과가 트리 수준에서 금지된 표준모형에서 e⁺e⁻ 충돌에서 힉스 보손 쌍 생성에 대해 측정 가능한 단면적을 생성할 수 있는가?
• RQ2 지구의 자전은 비환원성 프레임워크에서 H→hh 생성에 대한 시간 평균 단면적에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 125 GeV 근처의 힉스 질량에 대해 LHC 배제 데이터로부터 도출된 NC 스케일 Λ의 제약 조건은 무엇인가?
• RQ4 미래 선형 충돌기는 힉스 쌍 생성에서 비환원성 서명을 감지하는 데 얼마나 민감한가?

주요 결과

• 비환원성 표준모형 확장에서 e⁺e⁻ 충돌을 통한 힉스 쌍 생성에 대한 시간 평균 단면적이 중요하게 된다. 특히 NC 스케일 Λ가 0.3–1.0 TeV 범위일 경우에 그렇다.
• 125 GeV의 힉스 질량일 경우, LHC 데이터를 기반으로 NC 스케일에 대한 제약 조건을 330 GeV ≤ Λ ≤ 660 GeV로 도출하였다.
• 중심질량 에너지가 500 GeV일 경우 제약 조건은 339 GeV ≤ Λ ≤ 677 GeV로 강화되며(CMS/ATLAS 배제 한계 기준 336–670 GeV)
• 단면적은 지구의 자전으로 인해 실험실 프레임에서 효과적인 NC 벡터 Θ̂E가 변조되며, 관측 가능한 시간 평균 효과를 유도한다.
• 단면적의 주요 기여는 NC 텐서의 전기 성분인 Θ̂E에서 비롯되며, 이는 e⁺e⁻ 전류와 결합한다.
• γ 및 Z 교환 채널 간의 간섭항은 특히 Z 피크 근처에서 총 진폭에 크게 기여한다.