[论文解读] Anomalous Triple Gauge Vertices at the Large Hadron-Electron Collider

Sudhansu S. Biswal, Monalisa Patra+1 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出利用大型强子电子对撞机（LHeC）通过带电流 $ep \to W\gamma j$ 事例探测异常 $WW\gamma$ 三 gauge 玻色子耦合，利用喷注与缺失横向动量之间的方位角差作为敏感可观测量。在 100–1000 fb$^{-1}$ 的积分亮度下，LHeC 可超越所有现有实验约束，提供一种干净的、不受 $WWZ$ 顶点影响的 $ abla\kappa_\gamma$ 和 $ abla\lambda_\gamma$ 探测，超越 LEP 的限制。

ABSTRACT

At a high energy $ep$ collider, such as the Large Hadron-Electron Collider (LHeC) which is being planned at CERN, one can access the $WWγ$ vertex exclusively in charged current events with a radiated photon, with no interference from the $WWZ$ vertex. We find that the azimuthal angle between the jet and the missing momentum in each charged current event is a sensitive probe of anomalous $WWγ$ couplings, and show that for quite reasonable values of integrated luminosity, the LHeC can extend the discovery reach for these couplings beyond all present experimental bounds.

研究动机与目标

• 探索 LHeC 探测异常 $WW\\gamma$ 三 gauge 玻色子顶点（TGVs）的高灵敏度潜力。
• 识别一种对 $WW\gamma$ 耦合敏感且无干扰的清洁可观测量，避免 $WWZ$ 顶点效应的污染。
• 利用实际亮度情景，确定 LHeC 对 $\Delta\kappa_\gamma$ 和 $\lambda_\gamma$ 耦合的发现能力。
• 将 LHeC 的预测灵敏度与 LEP、Tevatron 和 LHC 实验的现有约束进行比较。

提出的方法

• 本研究使用 LHeC 中的 $ep \to W^+W^-\gamma$ 过程，聚焦于带有辐射光子的带电流事例，以隔离 $WW\gamma$ 顶点。
• 将喷注与缺失横向动量之间的方位角差 $\Delta\phi$(jet, $\not{p}_T$) 作为关键可观测量，用于探测异常耦合。
• 采用基于 $\chi^2$ 的统计技术量化与标准模型的偏离，检验统计量定义见公式 (7) 和 (8)。
• 分析假设电子束能量固定为 140 GeV，并在其允许范围内变化 $\Delta\kappa_\gamma$ 和 $\lambda_\gamma$，以绘制发现轮廓。
• 该方法明确将 $WW\gamma$ 顶点与 $WWZ$ 顶点分离，避免其他对撞机中常见的干扰问题。
• 在 95% 置信水平（C.L.）下推导发现极限，并与 LEP、CDF、D0、ATLAS 和 CMS 的现有实验约束进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHeC 是否能比现有实验提供对异常 $WW\gamma$ 耦合更灵敏的探测？
• RQ2 方位角差 $\Delta\phi$(jet, $\not{p}_T$) 是否是 LHeC 中探测 $WW\gamma$ 异常耦合的可行且敏感的可观测量？
• RQ3 在 $\lambda_\gamma$ 非零的情况下，LHeC 能在多大程度上超越 LEP 的当前最严格约束？
• RQ4 发现能力如何随积分亮度变化？在何种亮度下 LHeC 超过 LEP 的灵敏度？
• RQ5 LHeC 是否能提供一种干净的、不受 $WWZ$ 顶点影响的 $WW\gamma$ 耦合测量，避免其他异常顶点的干扰？

主要发现

• 在 100 fb$^{-1}$ 的积分亮度下，LHeC 可探测低于当前 LEP 约束的 $\Delta\kappa_\gamma$ 值，尤其在 $\Delta\kappa_\gamma > 0$ 时表现更优。
• 对于 $\Delta\kappa_\gamma < 0$ 的情况，25–50 fb$^{-1}$ 的亮度已足够超越 LEP 约束，具体取决于电子束能量。
• 在 200 fb$^{-1}$ 时，LHeC 的发现能力超越所有现有实验约束，包括 LHC 和 Tevatron 的结果。
• 在 1000 fb$^{-1}$ 时，LHeC 可显著缩小 $\Delta\kappa_\gamma$–$\lambda_\gamma$ 平面中原本不可探测的区域，接近覆盖全部参数空间。
• 即使 $\Delta\kappa_\gamma$ 和 $\lambda_\gamma$ 同时非零，LHeC 的灵敏度依然稳健，如图 5 所示的联合发现轮廓所示。
• LHeC 提供了一种干净的 $WW\gamma$ 耦合探测，完全不受 $WWZ$ 异常顶点效应的污染，这是其相较于强子对撞机的关键优势。