[论文解读] A Direct Constraint on Dimension-Eight Operators from Z-->neutrino antinetrino gamma

G. Tavares-Velasco, M. A. Pérez+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 13

一句话总结

本文通过有效拉格朗日量方法分析 Z → νν̄γ 的辐射衰变，直接导出了对八维算符和陶中微子磁矩的实验约束。通过拟合 L3 合作组的数据中光子能量谱，得到了有效耦合的限制，得出 µντ < 2.62 × 10⁻⁶ μB 和 ǫ₈ < 0.165，确认并改进了此前基于 LEP 数据的限制。

ABSTRACT

We study the radiative decay Z-->neutrino antineutrino gamma whitin an effective Lagrangian approach. Using the search for energetic single-photon events in the data collected by the L3 collaboration, we get direct bounds on the dimension-six and the dimension-eight operators associated with the tau-neutrino magnetic moment and the anomalous electromagnetic properties of the Z boson. As a by-product of our calculation, we reproduce the L3 result for the bound on the tau-neutrino magnetic moment.

研究动机与目标

• 从 Z 玻色子的辐射衰变 Z → νν̄γ 中直接推导八维算符和陶中微子磁矩的限制。
• 基于线性实现的 SU(2)L × U(1)Y 对称性，应用有效拉格朗日量方法，以描述非标准电磁耦合。
• 利用 L3 合作组关于高能单光子事例的数据，约束与六维和八维算符相关的系数 ǫ₆ 和 ǫ₈。
• 将所得限制与低能实验、不可见 Z 宽度以及束流打靶搜索的现有限制进行比较。

提出的方法

• 构建一个有效拉格朗日量，包含描述 ν̄νγ 顶点的六维算符 (1)–(2) 和描述 Zν̄νγ 顶点的八维算符 (3)–(6)，并保持 SU(2)L × U(1)Y 规范对称性。
• 从这些算符中推导出有效耦合 Mₘᵤᵥ⁽ᵃ⁾ 和 Mₘᵤᵥ⁽ᵇ⁾，其由 ǫ₆ 和 ǫ₈ 参数化，编码了在尺度 Λ 处的新物理效应。
• 利用费曼图 (1a) 和 (1b) 计算光子能量 x = Eₖ/M_Z 的微分衰变宽度 dΓ/dx，得到表达式 (9) 和 (10)。
• 将能量分布在 L3 实验范围（Eₖ > 30 GeV）内积分，利用观测到的分支比上限 10⁻⁶，推导出 ǫ₆ 和 ǫ₈ 的上限。
• 利用关系式 µντ = (2.62 × 10⁻⁶) × ǫ₆，将 ǫ₆ 的限制转化为陶中微子磁矩在玻尔磁子单位下的上限。
• 将结果与不可见 Z 宽度、低能实验和束流打靶数据的现有限制进行比较，以评估一致性与灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 对贡献于 Z → νν̄γ 衰变的八维算符存在哪些直接的实验约束？
• RQ2 来自六维和八维算符的效应耦合 ǫ₆ 和 ǫ₈ 如何影响 Z → νν̄γ 中的光子能量谱？
• RQ3 基于有效拉格朗日量框架和 L3 数据，陶中微子磁矩的上限是多少？
• RQ4 所推导的限制与来自不可见 Z 宽度和低能实验的现有限制相比如何？
• RQ5 六维和八维算符在 Z → νν̄γ 衰变振幅中的贡献在多大程度上相互竞争？

主要发现

• 本文导出了陶中微子磁矩的直接上限：µντ < 2.62 × 10⁻⁶ µB，与 L3 合作组报告的 µντ < 3 × 10⁻⁶ µB 一致。
• 从 Z → νν̄γ 衰变中的光子能量谱中，直接获得了对八维算符系数的约束：ǫ₈ < 0.165。
• 基于 L3 合作组对 Eₖ > 30 GeV 的分支比上限 10⁻⁶，得出六维算符系数的限制为 ǫ₆ < 0.192。
• 结果与 Maltoni 和 Vysotski 的独立计算一致，证实了有效拉格朗日量方法及其提取限制的一致性。
• 所推导的 µντ 限制与不可见 Z 宽度（µντ < 2.7 × 10⁻⁶ µB）和低能实验（µντ < 4 × 10⁻⁶ µB）的限制相当，但弱于电子和μ子中微子磁矩的限制。
• 本研究表明，当标准模型振幅被抑制时，非标准效应可能被增强，如在 Z → νν̄γ 衰变中，树图级的八维算符与圈图诱导的六维算符相互竞争。