[論文レビュー] Effect of earth rotation on pair production of Standard Model Higgs bosons at linear colliders in the noncommutative space-time

Prasanta Kumar Das, Abhishodh Prakash|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2012

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、将来の線形衝突機におけるe⁺e⁻衝突におけるヒッグス粒子対生成の非可換性（NC）効果を、Seiberg-Witten写像を用いてNCパラメータΘμνの一次にまで計算することで調査する。地球の自転が、125 GeVのヒッグス質量において、NCスケールΛ ≈ 330–660 GeVの範囲で時間平均された断面積を検出可能であると判明した。中心エネルギーエネルギーが500 GeVに達する際、境界は339–677 GeVに厳しくなる。

ABSTRACT

We study the neutral Higgs boson pair production through $e^{+} e^{-}$ collision in the noncommutative(NC) extension of the standard model using the Seiberg-Witten maps of this to the first order of the noncommutative parameter $Θ_{μν}$. This process is forbidden in the standard model at the tree level with background space-time being commutative. After including the effects of earth's rotation we analyse the time-averaged cross section of the pair production of Higgs boson (in the light of LEP II and LHC data) at the future Linear Collider which can be quite significant for the NC scale $Λ$ lying in the range $0.3 - 1.0$ TeV. For the 125 GeV Higgs mass(the most promising value of Higgs mass as reported by LHC), we find the NC scale as $330 m{GeV}$ $\le Λ\le 660 m{GeV}$ and using $m_h = 129(127.5) m{GeV}$ (the lower threshold value of the excluded region of $m_h$ reported by ATLAS(CMS) collaborations of LHC), we find the bound on $Λ$ as: (i) $339 (336) m{GeV} \le Λ\le 677 (670) m{GeV}$ corresponding to the Linear Collider energy $E_{com} = 500 m{GeV}$.

研究の動機と目的

• 非可換（NC）時空効果が、木レベルで禁止されている標準模型（SM）においても、観測可能なヒッグス粒子対生成断面積を生成できるかどうかを調査すること。
• 地球の自転が、非可換標準模型（NC-SM）におけるヒッグス対生成の時間平均断面積に与える影響を評価すること。
• 特に125 GeVのヒッグス質量領域に注目し、LEP IIおよびLHCデータを用いてNCスケールΛの制約を導出すること。
• 将来の線形衝突機におけるNC物理学の感度を、H→hh崩壊チャネルを通じて評価すること。

提案手法

• NCパラメータΘμνの一次にまで、Seiberg-Witten写像を用いて非可換標準模型（NCSM）を可換場理論に埋め込む。
• γおよびZの交換を通じたe⁺e⁻ → HHの散乱振幅を計算し、Θμνテンソルに起因するNC補正を含む。
• Moyal-Weylスタープロダクトを用いてラグランジアンおよび頂点相互作用を変更し、NCフレームワーク内でのゲージ不変性を保持する。
• スピン平均二乗振幅を計算し、γおよびZ寄与の干渉項を含め、NCベクトルΘ̂Eに明示的な依存性を持つ。
• センター・オブ・マスフレームにおける位相空間にわたる積分を行い、NCベクトルΘ̂Eの方向に地球の自転が及える時間平均効果を考慮する。
• LHCの除外限界を用いてΛを制約し、√s、m_h、およびΛの関数として全断面積を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非可換時空効果が、木レベルで禁止されている標準模型においても、e⁺e⁻衝突におけるヒッグス粒子対生成の測定可能な断面積を生成できるか？
• RQ2 地球の自転は、非可換フレームワークにおけるH→hh生成の時間平均断面積にどのように影響するか？
• RQ3 125 GeVのヒッグス質量近傍におけるLHCの除外データから導かれるNCスケールΛの境界は何か？
• RQ4 将来の線形衝突機は、ヒッグス対生成における非可換シグネチャをどの程度感度よく検出できるか？

主な発見

• ヒッグス粒子対生成の時間平均断面積は、非可換標準模型の拡張において顕著になる。特にNCスケールΛが0.3–1.0 TeVの範囲にある場合に顕著である。
• ヒッグス質量が125 GeVの場合、LHCデータに基づきNCスケールに330 GeV ≤ Λ ≤ 660 GeVの境界が導かれる。
• センター・オブ・マスエネルギーが500 GeVに達する際、境界は339 GeV ≤ Λ ≤ 677 GeVに厳しくなる（CMS/ATLASの除外限界を用いると336–670 GeV）。
• 断面積は地球の自転に敏感であり、実験フレームにおける有効NCベクトルΘ̂Eの変調が、観測可能な時間平均効果を引き起こす。
• 断面積の主な寄与は、NCテンソルの電気的成分、すなわちΘ̂Eであり、これはe⁺e⁻電流とカップルする。
• γおよびZ交換チャネル間の干渉項は、特にZボルト付近では全振幅に顕著な寄与を示す。