[논문 리뷰] Searches for Scalar and Vector Leptoquarks at Future Hadron Colliders

Thomas G. Rizzo|ArXiv.org|1996. 09. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 테바론 33, LHC, 그리고 제안된 60 및 200 테바론 기계를 포함한 향후 하드론 충돌기에서 스칼라 및 벡터 렙토쿠아크의 발견 가능성을 쿼크-반쿼크 결합 및 글루온-글루온 융합을 통해 평가한다. 연구 결과, 이러한 입자들이 몇 테바론 이내의 질량을 가질 경우, 그들의 결합 상수가 접근 가능한 범위 내에 있을 경우, 이러한 시설에서 쉽게 발견될 수 있을 것으로 나타났다.

ABSTRACT

The search reaches for both scalar($S$) and vector($V$) leptoquarks at future hadron colliders are summarized. In particular we evaluate the production cross sections of both leptoquark types at TeV33 and LHC as well as the proposed 60 and 200 TeV colliders through both quark-antiquark annihilation and gluon-gluon fusion: $q \bar q, gg o SS,VV$. Experiments at these machines should easily discover such particles if their masses are not in excess of the few TeV range. [To appear in the Proceedings of the 1996 DPF/DPB Summer Study on New Directions for High Energy Physics-Snowmass96, Snowmass, CO, 25 June-12 July, 1996.]

연구 동기 및 목표

• 향후 세대의 하드론 충돌기에서 스칼라 및 벡터 렙토쿠아크를 발견할 수 있는 가능성을 평가하기 위해.
• q̄q 및 gg 융합 메커니즘을 통한 스칼라(S) 및 벡터(V) 렙토쿠아크의 생성 단면적을 계산하기 위해.
• TeV33, LHC, 그리고 60/200 테바론 기계를 포함한 향후 충돌기의 렙토쿠아크 신호에 대한 민감도를 규명하기 위해.
• 실제 충돌기의 에너지 및 루미너시 조건 하에서 렙토쿠아크 발견의 질량 범위를 설정하기 위해.
• 표준모델을 초월한 새로운 물리 모델의 맥락에서 실험적 탐색을 위한 현상학적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 양자장 이론의 진폭을 사용하여 스칼라 및 벡터 렙토쿠아크의 생성 단면적을 계산한다.
• 두 가지 주요 생산 채널을 고려한다: 쿼크-반쿼크 결합(q̄q → SS, VV) 및 글루온-글루온 융합(gg → SS, VV).
• 다양한 질량 중심계 에너지에서 단층 순서의 양자 chromodynamics 계산을 적용하여 단면적을 추정한다.
• 질량 중심계 에너지 및 루미너시와 같은 충돌기 특화 파rameter를 사용하여 발견 가능 범위를 예측한다.
• 이론적 단면적을 실험적 민감도와 비교하여 발견 가능성을 평가한다.
• 쿼크 및 렙톤과의 렙토쿠아크 결합에 대한 기존의 현상학적 모델에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 향후 하드론 충돌기에서 스칼라 및 벡터 렙토쿠아크의 주요 생산 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 다양한 질량 중심계에서 충돌기 에너지의 변화에 따라 렙토쿠아크의 생성 단면적이 어떻게 변하는가?
• RQ3 TeV33, LHC, 그리고 제안된 60 및 200 테바론 충돌기에서 탐지 가능한 렙토쿠아크의 최대 질량은 얼마인가?
• RQ4 고에너지에서 쿼크-반쿼크 및 글루온-글루온 융합 채널은 어떻게 렙토쿠아크 생산에 기여하는가?
• RQ5 몇 테바론 범위의 질량을 가진 렙토쿠아크는 어떤 조건에서 향후 하드론 충돌기에서 발견될 수 있는가?

주요 결과

• 스칼라 및 벡터 렙토쿠아크는 향후 하드론 충돌기에서 q̄q 및 gg 융합 과정을 통해 생성될 수 있다.
• 스칼라 및 벡터 렙토쿠아크의 생성 단면적은 테바론 스케일 에너지에서 유의미하며, 특히 고에너지 질량 중심계에서 더욱 두드러진다.
• LHC 및 제안된 200 테바론 충돌기는 몇 테바론 이내의 질량을 가진 렙토쿠아크에 대해 강력한 발견 가능성을 제공한다.
• 글루온-글루온 융합은 고에너지 기계에서 특히 주요 생산 채널이다.
• 이러한 충돌기에서 실험은 렙토쿠아크를 몇 테바론 범위 내에서 쉽게 발견할 수 있을 것이다.
• 이 연구는 향후 하드론 충돌기가 새로운 물리 모델의 맥락에서 렙토쿠아크 물리학을 탐색하는 데 매우 적합하다는 것을 확인한다.