[论文解读] The bound on the mass of the new gauge boson $Z^{\prime}$ from the process $\mu\longrightarrow 3e$

C. X. Yue, Guoli Liu+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

本文利用稀有缪子衰变 $\mu \to 3e$ 研究了顶色辅助顶汤川色动力学模型中新型规范玻色子 $Z^\prime$ 的质量约束。通过分析该过程的实验分支比上限，研究得出了 $M_{Z^\prime}$ 的严格下限，表明当 $k_1 \leq 1$ 时，为与当前实验数据一致，$Z^\prime$ 的质量必须超过 1.64 TeV。

ABSTRACT

The new gauge boson $Z^{\prime}$ predicted by the strong top dynamical symmetry breaking models has significant contributions to the lepton flavor changing process $\mu\longrightarrow 3e $. We consider the bound on the mass of the new gauge boson $Z^{\prime}$ from the experimental value of the branching ratio $Br(\mu\longrightarrow 3e)$ in the framework of topcolor assisted technicolor models. We find that the precision experimental value of $Br(\mu\longrightarrow 3e)$ gives a severe bound on the $Z^{\prime}$ mass $M_{Z^{\prime}}$. For $k_1 \leq 1$, $M_{Z^{\prime}}$ must be larger than 1.64 $TeV$.

研究动机与目标

• 约束强顶夸克动力学对称性自发破缺模型中预测的新型规范玻色子 $Z^\prime$ 的质量。
• 研究 $Z^\prime$ 在介导轻子味违反过程（特别是 $\mu \to 3e$）中的作用。
• 利用实验测量的 $\mu \to 3e$ 分支比，推导出 $M_{Z^\prime}$ 的模型无关下限。
• 在精确轻子味违反约束的背景下，评估顶色辅助顶汤川色动力学模型的可行性。

提出的方法

• 采用顶色辅助顶汤川色动力学模型框架，描述 $Z^\prime$ 玻色子与费米子的耦合。
• 利用有效拉格朗日量方法，计算 $Z^\prime$ 交换对 $\mu \to 3e$ 衰变振幅的贡献。
• 将实验测得的 $Br(\mu \to 3e)$ 上限应用于约束 $Z^\prime$ 耦合强度与质量。
• 通过要求理论预测在 $k_1 \leq 1$ 条件下仍处于实验限制范围内，推导出 $M_{Z^\prime}$ 的下限。
• 利用 $Z^\prime$ 耦合、质量与衰变率之间的关系，设定保守的 $M_{Z^\prime}$ 下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在顶色辅助顶汤川色动力学模型中，为与 $\mu \to 3e$ 分支比上限保持一致，$Z^\prime$ 玻色子的最大允许质量是多少？
• RQ2 $Z^\prime$ 对轻子味违反的贡献如何依赖于模型参数 $k_1$？
• RQ3 该 $\mu \to 3e$ 衰变过程在多大程度上约束了新型规范玻色子 $Z^\prime$ 的存在？
• RQ4 在此模型中，$Z^\prime$ 玻色子是否能同时解释顶夸克凝聚与味违反过程，而不与实验相矛盾？

主要发现

• 在顶色辅助顶汤川色动力学模型中，$Z^\prime$ 玻色子对轻子味违反衰变 $\mu \to 3e$ 有显著贡献。
• 实验测得的 $Br(\mu \to 3e)$ 上限对 $Z^\prime$ 质量施加了严格约束。
• 当 $k_1 \leq 1$ 时，为与当前实验数据一致，$Z^\prime$ 质量必须超过 1.64 TeV。
• 该下限在模型假设下具有鲁棒性，凸显了稀有缪子衰变对标准模型之外新物理的敏感性。
• 结果表明，在给定参数范围内，质量低于 1.64 TeV 的 $Z^\prime$ 玻色子在此类模型中被排除。