[论文解读] Search for contact interactions at HERA

A. Raval|ArXiv.org|Oct 8, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文利用来自H1与ZEUS合作组的HERA高Q²深度非弹性散射数据，对标准模型之外的物理现象进行了搜索。通过分析高亮度及极化束流的$e^\pm p$碰撞，该研究对接触相互作用、轻子夸克耦合、大额外维以及夸克电荷半径设定了严格限制，其中复合尺度在95%置信水平下被排除至8.0 TeV。

ABSTRACT

The H1 and ZEUS collaborations at HERA have searched for signatures of physics beyond the Standard Model using high Q^2 neutral current deep inelastic electron-proton and positron-proton scattering events. No significant deviations from Standard Model predictions were observed. Various eeqq contact interaction models have been considered. Limits on the compositeness scale in general eeqq contact interaction models, mass to the Yukawa coupling ratio for heavy leptoquarks, the effective Planck mass scale in models with large extra dimensions and the effective quark charge radius are presented.

研究动机与目标

• 在HERA上研究高Q²中性流深度非弹性散射中标准模型的偏离。
• 对有效场论模型（包括接触相互作用和大额外维）中的新物理进行约束。
• 通过测量有效夸克电荷半径探测夸克的次结构。
• 利用虚交换效应设定轻子夸克Yukawa耦合的限制。
• 通过使用高亮度HERA II数据和极化电子/正电子束提高灵敏度。

提出的方法

• 利用1994–2000年HERA I和2002–2007年HERA II的数据，分析中心系能量高达920 GeV的$e^+p$和$e^-p$散射事例。
• 应用有效场论，通过拉格朗日项$\mathcal{L}_{CI} = \sum_{i,j=L,R} \eta^{eq}_{ij}(\bar{e}_i\gamma^\mu e_i)(\bar{q}_j\gamma_\mu q_j)$建模接触相互作用。
• 使用CTEQ5D和CTEQ6D部分子分布函数将数据归一化至标准模型预期。
• 将观测到的$Q^2$分布与标准模型预测进行比较，以提取95%置信水平（CL）的排除极限。
• 引入纵向电子/正电子束极化（30–40%）以增强对手征结构的敏感性。
• 采用经典形式因子近似，约束夸克电弱荷的均方根半径。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$e^\pm p$散射中，$eeqq$接触相互作用的复合尺度$\Lambda$的限制是什么？
• RQ2 数据如何约束大额外维模型中的有效普朗克质量尺度$M_S$？
• RQ3 从$Q^2$分布的偏离中，有效夸克电荷半径的上限是什么？
• RQ4 不同类型的轻子夸克下，轻子夸克质量与Yukawa耦合比值的95% CL限制是什么？
• RQ5 极化束流如何提高对接触相互作用模型中手征结构的敏感度？

主要发现

• 对于一般的$eeqq$接触相互作用模型，基于1994–2006年ZEUS数据，复合尺度$\Lambda$在95%置信水平下被排除至8.0 TeV。
• 在大额外维模型中，有效普朗克质量尺度$M_S$的限制在95%置信水平下排除低于0.90 TeV（ZEUS，负耦合）和0.88 TeV（ZEUS，正耦合）。
• H1合作组利用HERA I和II的联合数据，将夸克电荷半径的上限排除至大于$0.74 \cdot 10^{-16}$ cm（95% CL）。
• ZEUS对轻子夸克质量与Yukawa耦合比值的限制在0.29至2.08 TeV之间，具体取决于轻子夸克类型和质量。
• H1合作组报告称，仅使用HERA I数据时，复合尺度的限制范围为1.6至5.5 TeV，与整体分析结果一致。
• 在所有分析的通道或模型中均未观测到与标准模型预测显著偏离的结果。