[논문 리뷰] The bound on the mass of the new gauge boson $Z^{\prime}$ from the process $\mu\longrightarrow 3e$

C. X. Yue, Guoli Liu외 1명|arXiv (Cornell University)|2000. 11. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 토픽컬러보조 기술모델에서 나타나는 새로운 게이지 보손 $Z^\prime$의 질량에 대한 제약 조건을 희귀한 뮤온 붕괴 $\mu \to 3e$ 를 이용해 조사한다. 이 과정의 실험적 분포비율 한계를 분석함으로써, $M_{Z^\prime}$ 에 대한 엄격한 하한값을 도출하며, $k_1 \leq 1$ 인 경우 현재 실험 데이터와 일치하기 위해 $Z^\prime$ 질량은 1.64 TeV 를 초과해야 함을 보여준다.

ABSTRACT

The new gauge boson $Z^{\prime}$ predicted by the strong top dynamical symmetry breaking models has significant contributions to the lepton flavor changing process $\mu\longrightarrow 3e $. We consider the bound on the mass of the new gauge boson $Z^{\prime}$ from the experimental value of the branching ratio $Br(\mu\longrightarrow 3e)$ in the framework of topcolor assisted technicolor models. We find that the precision experimental value of $Br(\mu\longrightarrow 3e)$ gives a severe bound on the $Z^{\prime}$ mass $M_{Z^{\prime}}$. For $k_1 \leq 1$, $M_{Z^{\prime}}$ must be larger than 1.64 $TeV$.

연구 동기 및 목표

• 강한 토픽 다이나믹스 대칭 파괴 모델에서 예측하는 새로운 게이지 보손 $Z^\prime$ 의 질량을 제약하기 위해.
• $Z^\prime$ 가 렙톤 flavor 위반 과정을 매개하는 역할을 분석하기 위해, 특히 $\mu \to 3e$ 를 대상으로.
• 실험적으로 측정된 $\mu \to 3e$ 의 분포비율을 이용해 $M_{Z^\prime}$ 에 대한 모델에 종속되지 않는 하한값을 도출하기 위해.
• 정밀한 flavor 위반 제약 조건을 고려할 때, 토픽컬러보조 기술모델의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• fermion 들에 대한 $Z^\prime$ 보손의 결합을 기술하기 위해 토픽컬러보조 기술모델 프레임워크를 활용하기 위해.
• 효과 라그랑지안 접근법을 사용하여 $Z^\prime$ 교환 기여가 $\mu \to 3e$ 붕괴 진폭에 미치는 영향을 계산하기 위해.
• 실험적으로 측정된 $Br(\mu \to 3e)$ 의 상한값을 적용하여 $Z^\prime$ 결합 강도와 질량을 제약하기 위해.
• 모델의 가정 하에 $k_1 \leq 1$ 인 경우 이론적 예측이 실험 한계 내에 머무르도록 하기 위해 $M_{Z^\prime}$ 에 대한 하한값을 유도하기 위해.
• 결합, 질량, 붕괴율 간의 관계를 이용하여 $M_{Z^\prime}$ 에 대해 보수적인 하한값을 설정하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 토픽컬러보조 기술모델에서 $\mu \to 3e$ 분포비율 한계와 일치하기 위해 允허가된 $Z^\prime$ 보손 질량의 최대값은 얼마인가?
• RQ2 $Z^\prime$ 가 렙톤 flavor 위반에 기여하는 방식은 모델 파rameter $k_1$ 에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ3 $\mu \to 3e$ 붕괴 과정은 새로운 게이지 보손 $Z^\prime$ 의 존재를 어느 정도 제약하는가?
• RQ4 이 모델에서 $Z^\prime$ 보손은 실험 결과와 모순되지 않으면서도 토픽 쿼크 응집과 flavor 위반 과정을 모두 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 토픽컬러보조 기술모델에서 $Z^\prime$ 보손은 렙톤 flavor 위반 붕괴 $\mu \to 3e$ 에서 중요한 기여를 한다.
• 실험적으로 측정된 $Br(\mu \to 3e)$ 의 상한값은 $Z^\prime$ 질량에 엄격한 제약을 가한다.
• 특히 $k_1 \leq 1$ 인 경우, 현재 실험 데이터와 일치하기 위해 $Z^\prime$ 질량은 1.64 TeV 를 초과해야 한다.
• 이 하한값은 모델의 가정 하에 강인하며, 희귀한 뮤온 붕괴가 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상에 민감하게 반응함을 보여준다.
• 결과적으로, 주어진 파arameter 범위 하에서 질량이 1.64 TeV 이하인 $Z^\prime$ 보손은 이 클래스의 모델에서 배제된다.