[논문 리뷰] Vector boson Pair Production at Supercolliders; useful approximate helicity amplitudes

J. Layssac, F. M. Renard외 1명|arXiv (Cornell University)|1993. 09. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 LHC와 SSC에서 $q\bar{q}$ 결합과 벡터 보존 융합에서의 벡터 보존 쌍 생성에 대해 단순하고 정확한 근사 헬리시티 진폭을 유도하며, 차원-6 연산자 $\mathcal{O}_W$와 $\mathcal{O}_{UW}$에서 기인하는 비표준 상호작용에 초점을 맞춘다. 이 연산자들은 횡방향 벡터 보존 생성을 강화하며, 높은 질량($>1$ TeV)에서의 새로운 물리 현상 탐색 및 표준모형을 초월한 물리 현상의 분리에 실용적인 도구를 제공한다.

ABSTRACT

We study vector boson pair production at $LHC$ and $SSC$, taking into account the effects generated by the anomalous vector boson and Higgs couplings induced by the operators ${\cal O}_W$ and ${\cal O}_{UW}$, which are the only dim=6 operators preserving $SU(2)_c$. These operators lead to enhanced production of transverse vector bosons, as opposed to the enhanced production of longitudinal gauge bosons, induced in case $M_H\gsim 1\ TeV$, by dim=4 terms already existing in the Standard Model lagrangian. For vector boson pair masses larger than $1\ TeV$, we establish very simple approximate expressions for the standard as well as the non-standard helicity amplitudes for $q\bar q$ annihilation and vector boson fusion, which accurately describe the physics. These expressions should simplify the experimental search for such interactions. We finally discuss the observability and the disentangling of these interactions.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 충돌기에서 차원-6 연산자로부터 기인하는 비표준 상호작용에 중점을 두고, 벡터 보존 쌍 생성을 정밀하게 모델링하기 위해.
• 고질량 $W^+W^-$ 및 $ZZ$ 최종 상태에서 비표준 상호작용과 표준모형 기여를 구분하는 데 도전하는 문제를 다루기 위해.
• >$1$ TeV 질량 영역에서 헬리시티 진폭에 대한 간결하고 정확한 표현을 도출하여 실험 분석을 단순화하기 위해.
• 비표준 상호작용에 기인하는 새로운 물리 현상의 관측 가능성과 명확한 분리 가능성을 높이기 위해.
• 완전한 진폭 계산 없이도 주요 물리 현상을 잘 캡처하는 현상학적으로 유용한 근사 표현을 제공하기 위해.

제안 방법

• 표준모형의 대칭성을 유지하는 $SU(2)_c$를 보존하고 비표준 상호작용을 생성하는 관련 있는 차원-6 연산자 $\mathcal{O}_W$와 $\mathcal{O}_{UW}$를 식별한다.
• 효과적 장 이론 기법을 사용하여 $q\bar{q} \to VV$ 및 벡터 보존 융합 과정에 대한 근사 헬리시티 진폭을 유도한다.
• 운동량과 대칭성 제약 조건으로 인해 단순화가 일어나는 고질량 영역($M_{VV} > 1$ TeV)에 집중한다.
• 완전한 진폭 계산과의 비교를 통해 근사의 정확도를 검증하였으며, 횡방향 및 종방향 극화 상태에서 높은 정확도를 보였다.
• 효과적 라그랑지안의 구조를 이용하여 주요 기여를 분리하고 보조 기여 항목을 억제한다.
• 근사 표현을 적용하여 실험적 비교를 위한 생산 단면적과 극화 비대칭도를 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 차원-6 연산자로부터 기인하는 비표준 상호작용은 고에너지에서의 벡터 보존 쌍 생성의 헬리시티 구조에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 고질량 영역($M_{VV} > 1$ TeV)에서 $q\bar{q}$ 결합과 벡터 보존 융합 과정에 대해 헬리시티 진폭에 대한 단순하고 정확한 해석적 표현을 유도할 수 있는가?
• RQ3 이러한 비표준 상호작용 존재 시 횡방향 대비 종방향 벡터 보존 생성 비율은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 이러한 근사 진폭은 LHC와 SSC에서의 새로운 물리 현상 탐색 민감도를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 이러한 근사 표현을 통해 비표준 상호작용은 표준모형 기여로부터 얼마나 잘 분리될 수 있는가?

주요 결과

• 차원-6 연산자 $\mathcal{O}_W$와 $\mathcal{O}_{UW}$는 종방향 보존 생성 증가와 대비하여 횡방향 보존 생성을 크게 증가시킨다.
• >$1$ TeV 질량 영역에서 $q\bar{q}$ 결합과 벡터 보존 융합 과정에 대해 단순하고 정확한 근사 표현이 도출되었다.
• 근사 표현은 높은 정밀도로 주요 물리 현상을 잘 캡처하여 단면적과 극화 비대칭도의 신뢰성 있는 추정이 가능하다.
• 이 표현들은 고질량 탐색에서의 실험 데이터 분석을 단순화하여 완전한 진폭 계산의 필요성을 줄여준다.
• 이 모델은 고에너지 충돌 실험에서 비표준 상호작용과 표준모형 배경 간의 명확한 관측 가능성과 분리 가능성을 허용한다.
• 완전한 계산과의 비교를 통해 근사의 정확도가 관련 운동량 영역 전반에서 확인되었다.