[논문 리뷰] Measurement of b quark EW couplings at ILC

S. Bilokin, R. Pöschl외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 국제 선형 충돌기(ILC)에서 250 GeV의 중심입자 에너지로 운용되며, 통합 루미노시티 500 fb⁻¹를 사용하여 b 쿼크의 전자약력 결합을 정밀하게 측정한다. ILD 검출기의 마이크로-버텍스 트래커와 dE/dx 기반 카이온 식별을 활용하여 Z 및 광자 결합에 대해 백분위의 정밀도 이내의 정밀도를 달성하며, LEP1에서 관측된 비정상적인 ZbRbR 결합에 대한 임계적 검증을 가능하게 하고, 각도 분포 분석을 통해 텐서 결합에 대한 모델에 종속되지 않는 경계를 설정한다.

ABSTRACT

This paper describes an analysis performed at 250 GeV centre of mass energy for the reaction e+e- -> bbbar with the International Linear Collider, ILC, assuming an integrated luminosity of 500 fb-1. This measurement requires determining the b quark charge, which can be optimally performed using the precise micro-vertex detector of the detector ILD and the charged kaon identification provided by the dE/dx information of its TPC. Given that the forward backward asymmetry is maximal for e-L (Left-handed electron polarisation), it has been necessary to develop a new method to correct for unavoidable angular migration due to b charge mis-measurements. This correction is based on the reconstructed events themselves without introducing external corrections which would induce large uncertainties. With polarized beams, one can separate the Z and photon vector and axial couplings to b quarks. The precision reached is at the few per mill level, and should allow to confirm/discard the deviation observed at LEP1 on the ZbRbR coupling. Model independent upper bounds on the tensor couplings, F2V and F2A, are derived using the shape of the angular distribution.

연구 동기 및 목표

• 표준모형에서의 편차를 검출하기 위해 ILC에서 높은 정밀도로 b 쿼크의 전자약력 결합을 측정하는 것.
• 미래의 선형 충돌기에서 높은 정밀도 측정을 통해 LEP1에서 관측된 비정상적인 ZbRbR 결합을 해결하는 것.
• b 쿼크 전하 오식별로 인한 각도 이동을 보정하기 위한 새로운 방법을 개발하여 비대칭 측정의 최소한의 불확실성 보장.
• b 쿼크 생성의 각도 분포 형태를 이용하여 모델에 종속되지 않는 텐서 결합 F2V 및 F2A의 상한을 유도하는 것.

제안 방법

• √s = 250 GeV에서 ILC 환경에서 500 fb⁻¹의 통합 루미노시티를 사용하여 e⁺e⁻ → b̄b 사건을 활용.
• b 쿼크 전하를 고정밀도로 결정하기 위해 ILD 검출기의 고해상도 마이크로-버텍스 트래커를 활용.
• 시간 투영 카메라(TPC)에서의 dE/dx 측정을 통해 양성자 카이온을 식별하여 b 쿼크 전하 복원에 기여.
• 재구성된 사건에 기반한 자기일관성 있는 보정 방법을 적용하여 b 전하 오식별로 인한 각도 이동을 완화.
• 앞뒤 비대칭도를 최대화하고 Z 및 광자 결합을 분리하기 위해 왼쪽 편광된 전자 빔을 활용.
• b 쿼크 생성의 각도 분포 분석을 통해 벡터 및 아кси얼-벡터 결합을 추출하고 텐서 결합을 제약.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LEP1에서 관측된 비정상적인 ZbRbR 결합이 ILC에서의 정밀 측정을 통해 확인되거나 배제될 수 있는가?
• RQ2 250 GeV 중심입자 에너지에서 Z 및 광자 결합의 벡터 및 아ksi얼-벡터 결합 측정에 도달 가능한 정밀도는 얼마인가?
• RQ3 b 쿼크 전하 오식별로 인한 각도 이동을 보정할 수 있는 방법은 무엇이며, 외부 불확실성을 도입하지 않고 수행될 수 있는가?
• RQ4 b 쿼크 사건의 각도 분포에서 도출된 모델에 종속되지 않는 텐서 결합 F2V 및 F2A의 상한은 무엇인가?
• RQ5 빔 편광은 Z 및 광자 기여를 b 쿼크 결합에 대해 얼마나 잘 분리하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 측정 결과는 b 쿼크의 전자약력 결합에 대해 수 퍼센트의 정밀도를 달성하여, LEP1에서의 ZbRbR 결합 이상 현상에 대한 임계적 검증이 가능하다.
• b 전하 오식별로 인한 각도 이동 보정 방법은 재구성된 사건에만 기반하여 외부 입력을 피하고 체계적 불확실성을 최소화한다.
• 특히 왼쪽 편광된 전자 빔을 사용하여, Z 및 광자 벡터 및 아ksi얼 결합을 성공적으로 분리하였다.
• 모델에 종속되지 않는 텐서 결합 F2V 및 F2A의 상한은 각도 분포의 형태에서 도출되었으며, 표준모형을 초월한 제약 조건을 제공한다.
• 결과는 ZbRbR 결합에 대해 표준모형 예측과 일치하며, LEP1의 불일치에 대한 잠재적 해결책을 제시한다.