[論文レビュー] Report of the Working Group on Precision Measurements

R. Brock, Y. K. Kim+10 more|ArXiv.org|Nov 2, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、テバトロンおよび将来の衝突型加速器における高精度な電弱測定の包括的フレームワークを提示する。主な対象は、$W$ ボソンの質量と幅、弱混合角、ヒッグス粒子質量の制約である。高次放射修正の正確な評価を可能にするために、GAPP FORTRAN パッケージを導入し、$M_W$ 測定において相対精度 $2\times10^{-4}$ を達成するとともに、電弱データに対する強固なグローバルフィットを実現する。

ABSTRACT

In the first part of this report, we discuss the prospects for measuring the W mass and width in Run II. The basic techniques used to measure M_W are described and the statistical, theoretical and detector-related uncertainties are discussed in detail. Alternative methods of measuring the W mass at the Tevatron and the prospects for M_W measurements at other colliders are also described. In the second part, we discuss the measurement of the forward backward asymmetry in Drell Yan production in Run II which can be used to determine the effective weak mixing angle. Estimates of the statistical and systematic uncertainties in Run II are given. The third part summarizes the features of the FORTRAN package GAPP which performs a fit to the electroweak observables and extracts the probability distribution function of the Higgs boson mass.

研究の動機と目的

• テバトロンのランIIにおいて、$W$ ボソン質量測定の相対精度を 0.02% 未満に達成すること。
• 高精度電弱フィットに適した高次電弱放射修正を正確に計算できる GAPP FORTRAN パッケージの開発および検証を行うこと。
• ループ補正を通じて $M_H$ を制約するため、$M_W$、$m_{\text{top}}$、および $\sin^2\bar{\theta}_W$ 測定のグローバルフィットからヒッグス粒子質量の分布を抽出すること。
• 高エネルギーでの $\ell^+\ell^-$ イベントにおける前後非対称性を用いた $\sin^2\bar{\theta}_W$ 測定の可能性を評価すること。
• 群論的および既知の係数に基づく誤差推定を用いて、$\alpha_s$ および $\beta$-関数係数の理論的不確実性を定量化すること。

提案手法

• GAPP パッケージを用いて、$W$ ボソン質量および $\alpha_s$ 決定に高い正確性、信頼性、効率性をもって高次電弱放射修正を計算する。
• 統計的、検出器的、理論的不確実性を詳細にモデル化した、横方向質量ラインシープ法を用いて $M_W$ を抽出する。
• 電弱観測量のグローバルフィットを実施し、$M_W$、$m_{\text{top}}$、$\sin^2\bar{\theta}_W$ を統合して、ループ補正を通じて $M_H$ を制約する。
• 最大の既知係数と群論的係数を用いて、$\alpha_s$ および $\beta$-関数係数の理論的不確実性を推定する。
• 平均がゼロであるという仮定の下で、スケーリングされた逆カイ二乗分布を用いて、高次係数の不確実性を推定する。
• 未知の $\mathcal{O}(\alpha_s^4)$ 係数の推定に、最小感度（PMS）および最も速い顕著収束（FAC）の原則を $R_{\text{had}}$ および $\beta$-関数に適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンのランIIにおける $W$ ボソン質量測定の達成可能な精度は何か？ また、主な系統的および理論的不確実性は何か？
• RQ2 GAPP パッケージは、高精度電弱フィットにおける信頼性と正確な高次放射修正をどのように保証できるか？
• RQ3 $Z$ ボソンのラインシープおよび $\tau$ レプトン崩壊からの $\alpha_s$ 決定における予想される不確実性は何か？ また、理論的誤差は結果にどのように影響するか？
• RQ4 高エネルギーでの $\ell^+\ell^-$ イベントにおける前後非対称性は、$\sin^2\bar{\theta}_W$ の正確な測定を可能にするか？
• RQ5 未知の高次 $\mathcal{O}(\alpha_s^4)$ 係数が $\beta$-関数および $\alpha_s$ のランニングに与える影響は何か？ そして、それらはどのように推定できるか？

主な発見

• テバトロンのランIIにおいて、$W$ ボソン質量は相対精度約 $2\times10^{-4}$ で測定可能である。
• GAPP パッケージは、高次電弱放射修正を高い正確性、信頼性、効率性で処理することを目的として設計されている。
• $\mathcal{O}(\alpha_s^4)$ 係数 $d_3$ の不確実性は $0 \pm 77$ と推定され、これは $\alpha_s(M_Z)$ に $\pm0.0004$ の不確実性に相当する。
• $\beta$-関数係数 $\beta_4$ の不確実性は $\pm579$ と推定され、$\alpha_s(M_Z)$ に $\pm0.0005$ の不確実性をもたらす。
• $m_\tau$ から $M_Z$ への $\hat{\alpha}_s$ のRGランニングは $\Delta\alpha_s(M_Z) = \pm0.0005$ をもたらし、ALEPHの結果と整合的だが、より慎重な見積もりである。
• $R_{\text{had}}$ における有効な $\mathcal{O}(\alpha_s^4)$ 係数は $r_3^{\text{eff}} = -81 \pm 63$ と推定され、$\alpha_s(M_Z)$ を +0.0005 だけシフトさせ、$\pm0.0004$ の不確実性をもたらす。