[论文解读] Search Limits for Extra Neutral Gauge Bosons at High Energy Lepton Colliders

Stephen Godfrey|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文评估了在拟议的高能 e⁺e⁻ 和 μ⁺μ⁻ 对撞机上发现重希格斯玻色子（Z'）的潜力。通过模型依赖性分析，发现 e⁺e⁻ 对撞机的搜索极限为 √s 的 2 至 10 倍，而 μ⁺μ⁻ 对撞机的极限略低，且由于对标准模型预测偏离的敏感性，偏振和味标签显著提升了探测灵敏度。

ABSTRACT

We study and compare the discovery potential for heavy neutral gauge bosons (Z') at the various $e^+e^-$ and $μ^+μ^-$ colliders that have been proposed. Typical search limits for the e^+e^- colliders are 2-10 times sqrt{s} with the large variation reflecting the model dependence of the limits. The search limits for the mu^+ mu^- colliders are slightly lower. Polarization and flavour tagging are important in realizing the highest discovery limits possible. Because the search limits are based on indirect inferences of deviations from standard model predictions, they are sensitive to systematic errors.

研究动机与目标

• 评估在拟议的高能轻子对撞机上发现重希格斯玻色子（Z'）的潜力。
• 比较 e⁺e⁻ 和 μ⁺μ⁻ 对撞机配置在探测 Z' 玻色子方面的性能。
• 评估偏振和味标签对提升发现极限的影响。
• 量化 Z' 探测极限对因间接推断标准模型预测偏离而产生的系统误差的敏感性。
• 基于理论模型依赖性和运动学约束，为未来对撞机实验提供基准极限。

提出的方法

• 对 e⁺e⁻ 和 μ⁺μ⁻ 对撞机环境中 Z' 的产生与衰变进行对比性现象学分析。
• 使用模型依赖的截面计算，基于预期的信号-背景比估算发现能力。
• 引入偏振效应以增强对 Z' 耦合的敏感性并改善信号探测。
• 应用味标签技术以区分 Z' 衰变与标准模型背景。
• 分析因通过标准模型期望值的偏离间接推断 Z' 信号而产生的系统不确定性。
• 依赖蒙特卡罗模拟和 Z' 耦合及分支比在不同模型中的理论预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 e⁺e⁻ 对撞机上，Z' 玻色子的预期发现极限是多少？其随质心系能量 √s 如何变化？
• RQ2 μ⁺μ⁻ 对撞机与 e⁺e⁻ 对撞机在探测 Z' 玻色子方面的灵敏度相比如何？
• RQ3 偏振在多大程度上能提升 Z' 玻色子的探测灵敏度？
• RQ4 味标签在降低背景并增强 Z' 信号识别方面有多有效？
• RQ5 探测极限对因通过标准模型预测偏离的间接推断而引入的系统误差有多敏感？

主要发现

• e⁺e⁻ 对撞机上 Z' 玻色子的发现极限范围为 √s 的 2 至 10 倍，且因模型依赖性而存在显著差异。
• μ⁺μ⁻ 对撞机的发现极限略低于 e⁺e⁻ 对撞机，表明对 Z' 信号的探测灵敏度较低。
• 束流偏振显著提升了可实现的发现极限，通过改善信号与背景过程的分离。
• 味标签被确定为提升灵敏度的关键工具，尤其在区分 Z' 衰变与标准模型背景方面。
• 探测极限对系统误差高度敏感，尤其是在依赖间接推断 Z' 效应通过标准模型预测偏离的情况下。
• 本研究为未来高能轻子对撞机实验提供了基准发现极限，结果已发表于 Snowmass96 会议文集。