[논문 리뷰] The Z → c\( \bar c \) → γγ*, Z → b\( \bar b \) → γγ* triangle diagrams and the Z → γψ, Z → γϒ decays

N. N. Achasov|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 Z → c̄c → γγ* 및 Z → b̄b → γγ* 진폭과 그 도함수를 위한 합 규칙을 사용하여 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴를 조사한다. 브랜치 비율을 계산하여 Σψ BR(Z → γψ)의 하한을 1.95 × 10⁻⁷, Συ BR(Z → γϒ)의 하한을 7.23 × 10⁻⁷로 확립하며, LHC에서 10⁻⁶ 수준의 측정 가능한 비율과 예측된 각도 분포를 제시한다.

ABSTRACT

The approach to the Z → γψ and Z → γϒ decay study is presented in detail, based on the sum rules for the Z → c\( \bar c \) → γγ* and Z → b\( \bar b \) → γγ* amplitudes and their derivatives. The branching ratios of the Z → γψ and Z → γϒ decays are calculated for different hypotheses on saturation of the sum rules. The lower bounds of Σψ BR(Z → γψ) = 1.95 × 10−7 and Συ BR(Z → γϒ) = 7.23 × 10−7 are found. Deviations from the lower bounds are discussed, including the possibility of BR(Z → γJ/ψ(1S)) ∼ BR(Z → γϒ(1S)) ∼ 10−6, that could be probably measured in LHC. The angular distributions in the Z → γψ and Z → γϒ decays are also calculated.

연구 동기 및 목표

• Z → c̄c → γγ* 및 Z → b̄b → γγ* 진폭에 대한 합 규칙을 사용하여 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴를 분석한다.
• 다양한 포화 가정 하에 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴의 브랜치 비율 하한을 결정한다.
• 특히 10⁻⁶ 브랜치 비율 근처에서 LHC에서 이러한 붕괴를 관측할 가능성을 평가한다.
• Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴 과정에서의 각도 분포를 계산한다.
• 유도된 하한에서의 편차와 그 현상학적 의미를 탐색한다.

제안 방법

• Z → c̄c → γγ* 및 Z → b̄b → γγ* 진폭과 그 도함수에 대한 합 규칙을 적용하여 붕괴 진폭을 제약한다.
• 중량 쿼크 온리아(ψ, ϒ)와 가상 광자를 포함한 삼각형 도형에 기반한 이론적 프레임워크를 사용한다.
• 합 규칙의 포화 가정이 다른 경우에 브랜치 비율을 평가한다.
• 유도된 진폭을 사용하여 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴 채널에서의 각도 분포를 계산한다.
• 합 규칙 포화에 기반한 브랜치 비율의 수치적 추정을 수행하며, 하한과 편차를 포함한다.
• 예상되는 LHC 감도와 예측된 브랜치 비율을 비교하여 관측 가능성 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 합 규칙 포화 기반으로 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴의 브랜치 비율 하한은 무엇인가?
• RQ2 하한에서의 편차는 예측된 브랜치 비율에 어떤 영향을 미치며, 현재 이론적 제약과 일치하는 값은 무엇인가?
• RQ3 Z → γJ/ψ(1S) 및 Z → γϒ(1S) 붕괴의 브랜치 비율은 LHC에서 측정 가능한 수준인 약 10⁻⁶에 도달할 수 있는가?
• RQ4 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴 과정에서의 예측된 각도 분포는 무엇인가?
• RQ5 Z → c̄c → γγ* 및 Z → b̄b → γγ* 진폭에 대한 합 규칙은 이러한 희귀 붕괴의 역학을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• Z → γψ 붕괴의 총 브랜치 비율 하한은 1.95 × 10⁻⁷로 계산되었다.
• Z → γϒ 붕괴의 총 브랜치 비율 하한은 7.23 × 10⁻⁷로 결정되었다.
• 하한에서의 편차는 BR(Z → γJ/ψ(1S)) 및 BR(Z → γϒ(1S))가 약 10⁻⁶에 도달할 수 있음을 시사하며, 이는 LHC에서 측정 가능할 수 있다.
• 진폭 구조에 기반하여 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴에서의 각도 분포가 명시적으로 계산되었다.
• 이 연구는 고에너지 충돌기에서 향후 실험 관측에 적합한 Z → γψ 및 Z → γϒ 붕괴 모드임을 시사한다.
• 합 규칙 접근법은 쿼크 온리아와 가상 광자를 포함한 희귀 Z 보손 붕괴를 추정하는 일관된 프레임워크를 제공한다.