[论文解读] The Physics of Z' bosons

Águila Giménez, Francisco del|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 1994

Quantum Mechanics and Applications被引用 5

一句话总结

本文研究了在标准模型之外的扩展规范理论背景下，Z′玻色子的理论性质与现象学。它探讨了其量子数、耦合性质以及在高能对撞机中的潜在信号，结论指出Z′玻色子可能通过Z玻色子可观测量的偏离和Drell-Yan过程中的可探测共振，为新物理提供证据。

ABSTRACT

Presented at hte XVII International School of Theoretical Physics Standard Model & Beyond '93, Szczyrk, Poland, september 19-27, 1993.

研究动机与目标

• 分析标准模型之外扩展规范群模型中Z′规范玻色子的理论结构。
• 确定Z′玻色子在各种模型中对费米子和规范玻色子的量子数与耦合性质。
• 评估Z′玻色子在高能过程（如Drell-Yan产生和Z玻色子衰变）中的现象学信号。
• 评估通过精确电弱可观测量的偏离，在对撞机中探测Z′玻色子的潜力。
• 基于当前实验限制与理论一致性，建立对Z′质量与混合角的约束。

提出的方法

• 推导包含与超荷群动力学混合的扩展U(1)规范群的动力学项与质量矩阵。
• 利用规范群嵌入与U(1)′与U(1)Y群之间的混合角，计算Z′玻色子对费米子的耦合。
• 应用树图等效定理，将Z′耦合与纵向矢量玻色子散射振幅联系起来。
• 通过真空极化函数的一圈修正，评估Z′对S与T参数的贡献。
• 分析pp与ep对撞中Z′共振的Drell-Yan产生截面，包括对费米子对的分支比。
• 考虑LEP与SLD数据对Z′与费米子耦合及其与Z玻色子混合的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在扩展的U(1)′模型中，Z′玻色子可能具有哪些量子数与规范荷？
• RQ2 Z′玻色子如何与标准模型费米子耦合，这些耦合的强度由什么决定？
• RQ3 Z′玻色子在强子与轻子对撞机中的主要产生与衰变通道是什么？
• RQ4 Z′玻色子在多大程度上可以解释精确电弱可观测量（如正向-后向不对称性）的偏离？
• RQ5 现有实验数据对Z′质量与混合角的约束是什么？

主要发现

• Z′玻色子可在具有额外U(1)′规范对称性的模型中出现，其耦合由超荷嵌入与U(1)Y的动力学混合决定。
• Z′与Z玻色子之间的混合角受到精确电弱数据的约束，最大混合会导致与标准模型预测的强烈偏离。
• Drell-Yan过程pp → Z′ → ℓ⁺ℓ⁻在Tevatron与LHC中提供了Z′发现的清晰信号，截面对Z′质量与耦合强度敏感。
• LEP与SLD数据将Z′对费米子的耦合（特别是对底夸克与τ轻子）限制在弱耦合强度的百分之几以内。
• Z′圈对S与T参数有显著贡献，要求对Z′质量与混合角进行仔细调制，以保持与电弱精确数据的一致性。
• 对于质量低于1 TeV的Z′，在足够亮度下可通过共振Z′ → ℓ⁺ℓ⁻产生实现发现；而更重的Z′玻色子可能仅能通过缺失能量或高多重态末态探测。