[论文解读] Effect of earth rotation on pair production of Standard Model Higgs bosons at linear colliders in the noncommutative space-time

Prasanta Kumar Das, Abhishodh Prakash|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2012

Noncommutative and Quantum Gravity Theories被引用 4

一句话总结

本文研究了在未来的直线对撞机中，通过自旋-1/2费米子e⁺e⁻碰撞产生Higgs玻色子对时，非对易（NC）效应的影响，利用Seiberg-Witten映射在NC参数Θμν的一阶展开下计算NC修正。研究发现，地球自转导致时间平均截面可被探测到，当NC尺度Λ ≈ 330–660 GeV时，Higgs质量为125 GeV；在质心系能量500 GeV时，约束收紧至339–677 GeV。

ABSTRACT

We study the neutral Higgs boson pair production through $e^{+} e^{-}$ collision in the noncommutative(NC) extension of the standard model using the Seiberg-Witten maps of this to the first order of the noncommutative parameter $Θ_{μν}$. This process is forbidden in the standard model at the tree level with background space-time being commutative. After including the effects of earth's rotation we analyse the time-averaged cross section of the pair production of Higgs boson (in the light of LEP II and LHC data) at the future Linear Collider which can be quite significant for the NC scale $Λ$ lying in the range $0.3 - 1.0$ TeV. For the 125 GeV Higgs mass(the most promising value of Higgs mass as reported by LHC), we find the NC scale as $330 m{GeV}$ $\le Λ\le 660 m{GeV}$ and using $m_h = 129(127.5) m{GeV}$ (the lower threshold value of the excluded region of $m_h$ reported by ATLAS(CMS) collaborations of LHC), we find the bound on $Λ$ as: (i) $339 (336) m{GeV} \le Λ\le 677 (670) m{GeV}$ corresponding to the Linear Collider energy $E_{com} = 500 m{GeV}$.

研究动机与目标

• 研究非对易（NC）时空效应是否能在树图阶被禁止的e⁺e⁻碰撞中产生可观测的Higgs玻色子对产生截面。
• 评估地球自转对非对易标准模型中Higgs对产生时间平均截面的影响。
• 利用LEP II和LHC数据推导NC尺度Λ的约束，特别关注125 GeV Higgs质量区域。
• 通过H→hh衰变道评估未来直线对撞机对NC物理的灵敏度。

提出的方法

• 利用Seiberg-Witten映射，将非对易标准模型在NC参数Θμν的一阶展开下嵌入到可交换场论中。
• 计算通过γ和Z交换的e⁺e⁻ → HH散射振幅，包括来自Θμν张量的NC修正。
• 应用Moyal-Weyl星积修改拉格朗日量和顶点相互作用，在非对易框架中保持规范不变性。
• 计算包含γ与Z贡献之间干涉项的自旋平均平方振幅，显式依赖于NC矢量Θ̂E。
• 在质心系中对相空间积分，考虑地球自转对NC矢量Θ̂E方向的时间平均效应。
• 利用LHC排除限约束Λ，将总截面表示为√s、m_h和Λ的函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管在标准模型树图阶被禁止，非对易时空效应是否能产生可测量的e⁺e⁻碰撞中Higgs玻色子对产生截面？
• RQ2 地球自转如何影响非对易框架中H→hh产生的时间平均截面？
• RQ3 基于LHC排除数据，对Higgs质量接近125 GeV的NC尺度Λ有何约束？
• RQ4 未来直线对撞机对Higgs对产生中非对易信号的探测灵敏度如何？

主要发现

• 在非对易标准模型扩展中，e⁺e⁻碰撞产生Higgs对的时间平均截面变得显著，尤其在NC尺度Λ为0.3–1.0 TeV范围内。
• 对于Higgs质量为125 GeV，本文基于LHC数据推导出NC尺度的约束为330 GeV ≤ Λ ≤ 660 GeV。
• 在质心系能量500 GeV时，约束收紧至339 GeV ≤ Λ ≤ 677 GeV（CMS/ATLAS排除限为336–670 GeV）。
• 截面对地球自转敏感，其调制了实验参考系中有效NC矢量Θ̂E，导致可观测的时间平均效应。
• 截面的主要贡献来自NC张量的电分量Θ̂E，其与e⁺e⁻流耦合。
• γ与Z交换通道之间的干涉项对总振幅有显著贡献，尤其在Z共振峰附近。