[논문 리뷰] Search for contact interactions at HERA

A. Raval|ArXiv.org|2008. 10. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 H1 및 ZEUS 협력단으로부터 확보한 고Q² 깊은 비탄성 산란 데이터를 이용해 HERA에서 표준모형을 초월하는 물리 현상을 탐색한다. 고광도 및 극화된 빔을 사용한 $e^\pm p$ 충돌 분석을 통해 접촉 상호작용, 렙토쿠아크 결합 상수, 큰 추가 차원, 쿼크 전하 반경에 대한 엄격한 제한을 설정하였으며, 95% 신뢰수준에서 복합성 스케일은 최대 8.0 TeV까지 배제된다.

ABSTRACT

The H1 and ZEUS collaborations at HERA have searched for signatures of physics beyond the Standard Model using high Q^2 neutral current deep inelastic electron-proton and positron-proton scattering events. No significant deviations from Standard Model predictions were observed. Various eeqq contact interaction models have been considered. Limits on the compositeness scale in general eeqq contact interaction models, mass to the Yukawa coupling ratio for heavy leptoquarks, the effective Planck mass scale in models with large extra dimensions and the effective quark charge radius are presented.

연구 동기 및 목표

• HERA에서 고Q² 중성형인 깊은 비탄성 산란에서 표준모형의 이탈 여부를 탐색한다.
• 접촉 상호작용 및 큰 추가 차원을 포함한 새로운 물리 현상의 효과적 장 이론 모델을 제약한다.
• 효과적 쿼크 전하 반경 측정을 통해 쿼크의 하위 구조를 탐색한다.
• 가상의 교환 효과를 이용해 렙토쿠아크 요르다 상수 결합에 대한 제한을 설정한다.
• 고광도 HERA II 데이터와 극화된 전자/양전자 빔을 활용해 감도를 향상시킨다.

제안 방법

• HERA I(1994–2000) 및 HERA II(2002–2007) 데이터를 이용해 중심질량 에너지까지 920 GeV인 $e^+p$ 및 $e^-p$ 산란 사건 분석.
• 접촉 상호작용을 모델링하기 위해 효과적 장 이론을 적용하고, 라그랑지안 항 $\mathcal{L}_{CI} = \sum_{i,j=L,R} \eta^{eq}_{ij}(\bar{e}_i\gamma^\mu e_i)(\bar{q}_j\gamma_\mu q_j)$ 를 사용한다.
• 데이터를 표준모형 예측치에 정규화하기 위해 CTEQ5D 및 CTEQ6D 파arton 분포 함수를 사용한다.
• 관측된 $Q^2$ 분포를 표준모형 예측과 비교하여 95% 신뢰수준(CL) 배제 한계를 도출한다.
• 장방향 전자/양전자 빔 극화(30–40%)를 통합하여 측도의 치르랄 성질에 대한 감도를 향상시킨다.
• 클래식적 형상 인자 근사를 사용하여 쿼크의 전기약력 전하의 평균 제곱 반경을 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 $eeqq$ 접촉 상호작용 모델에서 $e^\pm p$ 산란에 대한 복합성 스케일 $\Lambda$ 의 제한은 무엇인가?
• RQ2 큰 추가 차원 모델에서 효과적 플랑크 스케일 $M_S$ 는 어떻게 제약되는가?
• RQ3 $Q^2$ 분포의 이격으로부터 효과적 쿼크 전하 반경의 상한은 무엇인가?
• RQ4 다양한 렙토쿠아크 유형에 대해 95% CL에서 렙토쿠아크 질량 대 요르다 결합 상수 비율에 대한 제한은 무엇인가?
• RQ5 극화된 빔은 접촉 상호작용 모델에서 치르랄 성질에 대한 감도를 어떻게 향상시키는가?

주요 결과

• 일반적인 $eeqq$ 접촉 상호작용 모델에서, ZEUS 1994–2006 데이터 기반으로 95% CL에서 복합성 스케일 $\Lambda$ 는 최대 8.0 TeV까지 배제된다.
• 큰 추가 차원 모델에서 효과적 플랑크 스케일 $M_S$ 는 95% CL에서 음의 결합 상수일 경우 0.90 TeV 이하, 양의 결합 상수일 경우 0.88 TeV 이하의 값을 배제한다(ZEUS).
• H1 협력단은 HERA I 및 II 데이터를 통합하여 95% CL에서 쿼크 전하 반경이 $0.74 \cdot 10^{-16}$ cm를 초과하는 것을 배제한다.
• ZEUS는 렙토쿠아크 유형과 질량에 따라 렙토쿠아크 질량 대 요르다 결합 상수 비율에 대해 0.29에서 2.08 TeV 사이의 제한을 설정한다.
• H1 협력단은 HERA I 데이터만으로도 복합성 스케일 제한 범위가 1.6에서 5.5 TeV 사이임을 보고하였으며, 보다 광범위한 분석과 일치한다.
• 분석된 채널이나 모델 어디서도 표준모형 예측과의 유의미한 이격이 관측되지 않았다.