[论文解读] Searches for Scalar and Vector Leptoquarks at Future Hadron Colliders

Thomas G. Rizzo|ArXiv.org|Sep 5, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文通过夸克-反夸克湮灭和胶子-胶子融合过程，评估了未来强子对撞机（包括TeV33、LHC以及计划中的60和200 TeV对撞机）上标量和矢量轻子希格斯粒子的发现潜力。研究发现，只要其耦合常数在可探测范围内，质量在几TeV以内的此类粒子应在这些设施中易于被发现。

ABSTRACT

The search reaches for both scalar($S$) and vector($V$) leptoquarks at future hadron colliders are summarized. In particular we evaluate the production cross sections of both leptoquark types at TeV33 and LHC as well as the proposed 60 and 200 TeV colliders through both quark-antiquark annihilation and gluon-gluon fusion: $q \bar q, gg o SS,VV$. Experiments at these machines should easily discover such particles if their masses are not in excess of the few TeV range. [To appear in the Proceedings of the 1996 DPF/DPB Summer Study on New Directions for High Energy Physics-Snowmass96, Snowmass, CO, 25 June-12 July, 1996.]

研究动机与目标

• 评估下一代强子对撞机上发现标量和矢量轻子希格斯粒子的可行性。
• 通过q̄q和gg融合机制，计算标量（S）和矢量（V）轻子希格斯粒子的产生截面。
• 确定未来对撞机（TeV33、LHC以及60/200 TeV设备）对轻子希格斯信号的探测灵敏度。
• 在实际对撞机能量和亮度条件下，确定轻子希格斯粒子发现的质量探测范围。
• 为新物理标准模型之外的实验搜索提供一个现象学框架。

提出的方法

• 利用量子场论振幅计算标量和矢量轻子希格斯粒子的产生截面。
• 考虑两种主要产生通道：夸克-反夸克湮灭（q̄q → SS, VV）和胶子-胶子融合（gg → SS, VV）。
• 应用Leading-order微扰QCD计算，估算在不同质心系能量下的截面。
• 使用对撞机特定参数（如质心系能量和亮度）来预测探测能力。
• 将理论截面与预期的实验灵敏度进行比较，以评估发现潜力。
• 依赖于轻子希格斯粒子与夸克和轻子耦合的成熟现象学模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 未来强子对撞机上标量和矢量轻子希格斯粒子的主要产生机制是什么？
• RQ2 在不同质心系系统中，轻子希格斯粒子的产生截面如何随对撞机能量变化？
• RQ3 在TeV33、LHC以及计划中的60和200 TeV对撞机上，能够探测到的最大轻子希格斯粒子质量是多少？
• RQ4 在高能条件下，夸克-反夸克和胶子-胶子融合通道对轻子希格斯粒子产生的贡献如何？
• RQ5 在何种条件下，质量在几TeV范围内的轻子希格斯粒子可在未来强子对撞机上被发现？

主要发现

• 标量和矢量轻子希格斯粒子可在未来强子对撞机上通过q̄q和gg融合过程产生。
• 在TeV量级能量下，两类轻子希格斯粒子的产生截面显著，尤其在较高质心系能量下。
• LHC以及计划中的200 TeV对撞机对质量达几TeV的轻子希格斯粒子具有强大的发现潜力。
• 胶子-胶子融合是轻子希格斯粒子的主要产生通道，尤其在高能对撞机中更为显著。
• 如果轻子希格斯粒子的质量在几TeV范围内，这些对撞机的实验应能轻松实现其发现。
• 本研究证实，未来强子对撞机在新物理模型背景下，非常适合用于探测轻子希格斯粒子物理。