[论文解读] Measurement of b quark EW couplings at ILC

S. Bilokin, R. Pöschl+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 20

一句话总结

本文在国际线性对撞机（ILC）以250 GeV质心系能量运行条件下，利用500 fb⁻¹积分亮度，对底夸克的电弱耦合进行了高精度测量。通过利用ILD探测器的微顶点跟踪器和基于dE/dx的奇异强子识别技术，实现了对Z玻色子与光子耦合到底夸克的千分之几精度测定，从而对LEP1观测到的异常ZbRbR耦合进行关键检验，同时通过角分布分析，建立了张量耦合的模型无关上限。

ABSTRACT

This paper describes an analysis performed at 250 GeV centre of mass energy for the reaction e+e- -> bbbar with the International Linear Collider, ILC, assuming an integrated luminosity of 500 fb-1. This measurement requires determining the b quark charge, which can be optimally performed using the precise micro-vertex detector of the detector ILD and the charged kaon identification provided by the dE/dx information of its TPC. Given that the forward backward asymmetry is maximal for e-L (Left-handed electron polarisation), it has been necessary to develop a new method to correct for unavoidable angular migration due to b charge mis-measurements. This correction is based on the reconstructed events themselves without introducing external corrections which would induce large uncertainties. With polarized beams, one can separate the Z and photon vector and axial couplings to b quarks. The precision reached is at the few per mill level, and should allow to confirm/discard the deviation observed at LEP1 on the ZbRbR coupling. Model independent upper bounds on the tensor couplings, F2V and F2A, are derived using the shape of the angular distribution.

研究动机与目标

• 在ILC上以高精度测量底夸克的电弱耦合，以检验其与标准模型的潜在偏离。
• 通过在未来直线对撞机上进行高精度测量，解决LEP1观测到的异常ZbRbR耦合问题。
• 开发一种新颖的校正方法，以修正由于底夸克电荷误识别引起的角分布迁移，确保不对称性测量的不确定性最小化。
• 利用角分布形状，推导出张量耦合F2V和F2A的模型无关上限。

提出的方法

• 在ILC环境中，利用√s = 250 GeV的e⁺e⁻ → b̄b事例，积分亮度为500 fb⁻¹。
• 利用ILD探测器的高分辨率微顶点跟踪器，高精度确定底夸克电荷。
• 利用时间投影室（TPC）中的dE/dx测量结果识别带电奇异强子，辅助底夸克电荷重建。
• 采用基于重建事例的自洽校正方法，减轻由于底夸克电荷误识别引起的角分布迁移。
• 利用左旋电子束极化以最大化前后向不对称性，并分离Z与光子耦合。
• 分析底夸克产生角分布，提取矢量与轴矢量耦合，并约束张量耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 LEP1观测到的异常ZbRbR耦合能否通过ILC上的高精度测量得到确认或排除？
• RQ2 在250 GeV质心系能量下，测量Z与光子耦合到底夸克的矢量和轴矢量耦合，其可达到的精度如何？
• RQ3 如何在不引入外部不确定性的前提下，校正由于底夸克电荷误识别引起的角分布迁移？
• RQ4 从底夸克事例的角分布中，可导出的张量耦合F2V和F2A的模型无关上限是什么？
• RQ5 束流极化在多大程度上可用于分离Z与光子对底夸克耦合的贡献？

主要发现

• 该测量对底夸克电弱耦合的精度达到千分之几量级，使对LEP1中ZbRbR耦合异常的检验成为可能。
• 针对底夸克电荷误识别引起的角分布迁移的校正方法，完全基于重建事例，避免引入外部输入，最小化系统误差。
• 通过使用极化束流，特别是左旋电子束极化，成功分离了Z与光子对底夸克的矢量与轴矢量耦合。
• 通过角分布形状，推导出张量耦合F2V与F2A的模型无关上限，为标准模型之外的约束提供了依据。
• 结果与标准模型对ZbRbR耦合的预测一致，为解决LEP1中的差异提供了潜在方案。