[论文解读] Vector boson Pair Production at Supercolliders; useful approximate helicity amplitudes

J. Layssac, F. M. Renard+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 1993

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文推导了在LHC和SSC中，$q\bar{q}$湮灭和矢量玻色子融合过程中的矢量玻色子对产生时的简单、精确的近似螺旋度振幅，重点研究来自维度-6算符$\mathcal{O}_W$和$\mathcal{O}_{UW}$的异常耦合。结果表明，这些算符增强了横向矢量玻色子的产生，为高能区（>1 TeV）的实验搜索及分离标准模型之外的新物理效应提供了实用工具。

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.

研究动机与目标

• 在高能对撞机中以高精度建模矢量玻色子对产生，重点研究来自维度-6算符的非标准相互作用。
• 解决在高质​​量$W^+W^-$和$ZZ$末态中区分异常耦合与标准模型贡献的挑战。
• 通过推导$>1$ TeV质量区间的螺旋度振幅的紧凑且精确的表达式，简化实验分析。
• 实现对异常矢量玻色子耦合引发的新物理效应的更清晰可观测性与分离。
• 提供一种现象学上有用的近似，捕捉主导物理机制，而无需进行完整的振幅计算。

提出的方法

• 识别保留$SU(2)_c$规范并生成异常耦合的相关维度-6算符$\mathcal{O}_W$和$\mathcal{O}_{UW}$。
• 利用有效场论技术，推导$q\bar{q} \to VV$和矢量玻色子融合过程的近似螺旋度振幅。
• 聚焦于高质​​量区（$M_{VV} > 1$ TeV），在此区域由于运动学和对称性约束，简化现象浮现。
• 通过与完整振幅计算对比验证近似结果，显示对横向和纵向极化态均具有高精度。
• 利用有效拉格朗日量的结构，分离主导贡献并抑制次主导项。
• 将近似结果应用于估算生产截面和极化不对称性，以供实验比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自维度-6算符的异常耦合如何影响高能区矢量玻色子对产生的螺旋度结构？
• RQ2 能否在$M_{VV} > 1$ TeV条件下，为$q\bar{q}$湮灭和矢量玻色子融合过程推导出简单且精确的螺旋度振幅解析表达式？
• RQ3 在这些异常耦合存在的情况下，横向与纵向矢量玻色子产生的相对增强程度如何？
• RQ4 这些近似振幅如何提升LHC和SSC中对新物理效应实验搜索的灵敏度？
• RQ5 在多大程度上可利用这些近似将异常耦合与标准模型贡献分离？

主要发现

• 维度-6算符$\mathcal{O}_W$和$\mathcal{O}_{UW}$导致横向矢量玻色子产生显著增强，与高希格斯玻色子质量引起的纵向增强形成鲜明对比。
• 在$M_{VV} > 1$ TeV条件下，为$q\bar{q}$湮灭和矢量玻色子融合过程推导出简单且精确的螺旋度振幅近似表达式。
• 近似结果以高精度捕捉了主导物理机制，可可靠估算截面和极化不对称性。
• 这些表达式简化了实验数据分析，减少了在高质​​量区搜索中对完整振幅计算的需求。
• 该模型使在高能对撞机实验中能够更清晰地可观测并分离异常耦合与标准模型背景。
• 结果经与完整计算对比验证，确认了近似在相关运动学区域内的准确性。