[論文レビュー] Present and Future sensitivity to a Z-prime

F. Richard|ArXiv.org|Mar 13, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、E6、ユニバーサル extra dimensions、リトルヒッグス、BESSを含むさまざまなニューサイエンスモデルから生じる仮説的なZ′ボソンがZ共鳴状態における精度の高い電弱測定に与える感度を調査している。Z–Z′混合がZボソンの観測量に測定可能なシフトを引き起こすことが示され、LEP/SLDおよび将来のギガZ線形衝突機でZ′の間接的検出が可能になる。これにより、Z′のベクトルおよび軸性カップリングを高精度で決定でき、電弱対称性の破れの起源を制約し、LHC計画をガイドする。

ABSTRACT

Various extensions of the Standard Model, i.e. string inspired groups like E_6, extra dimensions, 'deconstruction', predict additional vector bosons. In most cases these bosons can mix with the SM Z and this translates into a very high sensitivity of precision measurements which can be performed at the Z resonance. This aspect will be illustrated using SLD/LEP data and the possible impact on the Higgs boson mass indirect determination. An extrapolation to the accuracies which could be reached at FLC will be discussed. With accuracies available at GigaZ it will become possible to elucidate the origin the Z' and the symmetry breaking mechanism responsible for the mixing. Two examples show the possible impact of FLC on the LHC program.

研究の動機と目的

• さまざまなニューサイエンスモデルに由来するZ′ボソンに対するLEP/SLDの精度測定の間接的感受性を評価すること。
• Z–Z′混合がZ共鳴状態における電弱観測量に与える影響を評価し、間接的検出の可能性を明らかにすること。
• 将来のギガZ線形衝突機（FLC）におけるZ′カップリングおよび質量パラメータへの感受性を予測すること。
• Z′検出の結果がLHC計画に与える影響および潜在的信号の解釈に与える意味を検討すること。
• Z′効果が間接的質量決定において重いヒッグスボソンを隠蔽または模倣する可能性があるかどうかを特定すること。

提案手法

• 有効場理論から導かれるZ–Z′混合パラメータを用いて、mW、sin²θeff、ΓlなどのZボソン観測量のシフトを計算する。
• LEP/SLDデータを用いてZ′パラメータを制約し、精度測定におけるずれδを計算する。
• 将来のFLCにおけるギガZ運用への分析を拡張し、Z′カップリングにおける1%未満の相対精度を予測する。
• E6、UED、リトルヒッグス、BESSの複数のモデルの理論的予測をLEP/SLDおよびFLCの感受性と比較する。
• e+e− → ℓ+ℓ−過程における干渉効果を用いて、Z′のベクトルおよび軸性カップリングを独立に抽出する。
• Wボソン質量およびZ幅の測定から、Z′質量および混合に関する制約を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さまざまなニューサイエンスモデルにおけるZ–Z′混合が、LEP/SLDにおけるZボソンの精度観測量に測定可能なずれを生じるか？
• RQ2 将来のギガZ線形衝突機は、Z′ボソンのベクトルおよび軸性カップリングをどの程度解像できるか？
• RQ3 Z′の存在が、間接的ヒッグス質量決定において重いヒッグスボソンを隠蔽または模倣する可能性があるか？
• RQ4 E6、UED、リトルヒッグス、BESSなどの異なるモデルは、精度の高い電弱測定においてどのように異なるシグネチャを予測するか？
• RQ5 LEP/SLDデータから得られるZ′質量および混合に関する制約は何か？また、それらはLHCの探査範囲とどのように比較されるか？

主な発見

• Z–Z′混合は精度観測量に測定可能なシフトを引き起こし、E6のようなモデルでは左対称モデルと比較して感受性が最大3倍まで向上する。
• LEP/SLDデータは、sin²θeff^leptとAbの間に3σのずれを示しており、これはZ′寄与によって説明可能であるが、単一のモデルでは同時に両効果を説明できない。
• FLCのギガZモードでは、Z′質量の相対精度が(mZ′/5 TeV)²に達し、Z′カップリングの高精度決定が可能になる。
• リトルヒッグスモデルでは、トリプレットヒッグス寄与によるδは最大10⁻³に達し、Z–Z′混合効果と同等の大きさであり、ギガZ測定だけでは区別できない。
• BESSモデルでは、ΔmW²/mW² = 0.42X、Δsin²θeff = -0.15X、ΔΓl/Γl = -0.76X という関係が、パラメータX = (g/g2)²mZ²/M²に強く依存する。
• FLCはZ′のLHC発見範囲（最大5 TeVまで）を完全にカバーでき、カップリングを決定するための重要なツールとなり、競合するニューサイエンスのシナリオを区別するのに不可欠である。