[论文解读] An Improved Measurement of the Left-Right Z0 Cross Section Asymmetry

SLD Collaboration, K. Abe+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 18, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文利用在√s = 91.28 GeV下运行的SLC对撞机的SLD探测器收集的93,644个Z玻色子衰变事例，对Z⁰自旋-电荷不对称性（ALR）进行了改进测量。在电子束极化度为77.23% ± 0.52%（亮度加权）的条件下，测得的ALR⁰为0.1512 ± 0.0042（统计）± 0.0011（系统），由此得出的等效弱混合角为sin²θ_eff = 0.23100 ± 0.00054（统计）± 0.00014（系统），在Z⁰峰处对标准模型提供了精确检验。

ABSTRACT

We present a new measurement of the left-right cross section asymmetry (ALR) for Z boson production by e+e- collisions. The measurement was performed at a center-of-mass energy of 91.28 GeV with the SLD detector at the SLAC Linear Collider (SLC). The luminosity-weighted average polarization of the SLC electron beam was (77.23+-0.52)%. Using a sample of 93,644 Z decays, we measure the pole-value of the asymmetry, ALR0, to be 0.1512+-0.0042(stat.)+-0.0011(syst.) which is equivalent to an effective weak mixing angle of sin**2(theta_eff)=0.23100+-0.00054(stat.)+-0.00014(syst.).

研究动机与目标

• 在Z⁰共振能区提高Z⁰自旋-电荷不对称性（ALR）测量的精度。
• 通过有效电弱混合角sin²θ_eff检验标准模型对弱混合角的预测。
• 利用SLC电子束的高极化度，增强对宇称破坏性Z⁰耦合的敏感度。
• 利用大量Z衰变事例，减小不对称性测量中的系统不确定度。

提出的方法

• SLD探测器在质心系能量为91.28 GeV下收集数据，对应Z⁰峰。
• SLC电子束极化度达到77.23% ± 0.52%，使左-右不对称性得以精确测量。
• 通过对Z⁰ → f f̄衰变末态费米子的角分布提取不对称性。
• 利用蒙特卡罗模拟和数据驱动方法评估统计与系统不确定度。
• 从测得的截面不对称性中确定不对称性的极点值ALR⁰。
• 利用关系式sin²θ_eff = 1/2 - (1/2)ALR⁰ × (1 + 4/3 × ΔΓ/Γ)由ALR⁰推导出有效弱混合角。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于SLD数据集，对Z⁰左右不对称性（ALR）的最精确测量结果是什么？
• RQ2 所测ALR与Z⁰峰处标准模型的预测相比如何？
• RQ3 该高精度测量所得到的有效弱混合角sin²θ_eff的值是多少？
• RQ4 ALR确定中的主要系统不确定度来源是什么？
• RQ5 该测量在多大程度上对标准模型之外的新物理进行了约束？

主要发现

• 测得的左右不对称性极点值为ALR⁰ = 0.1512 ± 0.0042（统计）± 0.0011（系统）。
• 有效弱混合角确定为sin²θ_eff = 0.23100 ± 0.00054（统计）± 0.00014（系统）。
• 统计不确定度主要由Z衰变事例样本的大小决定，分析中使用了93,644个事例。
• 通过精确测量束流极化度和对末态费米子的仔细重建，系统不确定度被最小化。
• 结果与标准模型预测一致，为电弱理论提供了严格检验。
• 该测量在精度上显著优于以往在Z⁰共振能区对ALR的测定。