寻找兴奋Spin-3/2 LHeC中微子

文摘

接下来我们研究的潜力对撞机,即LHeC,有两个选项TeV和TeV,寻找兴奋spin-1/2 spin-3/2中微子。我们计算的单一生产截面兴奋spin-1/2 spin-3/2中微子根据其有效电流描述他们的指标之间的相互作用玻色子和SM轻子。我们选择的中微子和衰变模式的兴奋衰变模式玻色子的分析。我们把一些削减最终状态探测粒子的运动学和情节的不变的质量分布和相应的背景信号。为了获得访问限制兴奋中微子耦合,我们展示了和等高线spin-1/2激动和兴奋spin-3/2中微子,分别。

1。介绍

粒子物理学的标准模型(SM)同意从操作对撞机实验结果。第一次运行的大型强子对撞机(LHC)带来预期的希格斯玻色子的发现,所以SM的关键部分已经完成。但是仍然没有令人满意的解释的三名家庭结构轻子和夸克和它们的质量等级。一个有吸引力的解释是轻子和夸克复合性1- - - - - -3]。在复合模型,轻子和夸克有一个子结构的特点是一个能源规模称为复合性规模,复合性的自然结果是激发态的发生4- - - - - -7]。进而,兴奋的轻子可以被视为一个沉重的轻子共享相同的轻子量子数对应的SM轻子。如果轻子复合结构,它们可以被视为spin-1/2绑定包含三个spin-1/2或spin-1/2和自旋为0亚微颗粒。绑定的spin-3/2轻子也可能有三个spin-1/2 [1- - - - - -3)或spin-1/2和自旋1亚微颗粒在复合模型的框架8]。spin-3/2粒子的动机来自两个不同的情景;spin-3/2轻子出现在复合模型(9- - - - - -13)和一个spin-3/2引力微子是引力子在超引力的超级搭档14]。超越标准模型理论包含奇异粒子进行(15- - - - - -19]。

兴奋spin-1/2和spin-3/2可以在未来产生高能中微子轻子,强子,lepton-hadron对撞机。精心研究兴奋spin-1/2中微子可以在找到20.- - - - - -30.]。也可以找到兴奋spin-1/2生产超高能量的中微子中微子(31日)和兴奋spin-1/2中微子的影响过程(32]。

质量限制兴奋spin-1/2中微子从他们获得对生产(由L3协作过程)GeV,假设,在那里和是新联轴器由复合动力学决定的,是什么GeV [33]。假设和单一生产兴奋spin-1/2中微子碰撞考虑衰减通道,排阻极限的H1协作集兴奋中微子的质量范围GeV C.L. (95%34]。最近,搜索是由兴奋的阿特拉斯合作考虑对生产spin-1/2中微子通过接触或gauge-mediated交互通过相同的机制及其衰变收益。考虑事件与至少三个带电轻子,和一个集成的光度 的碰撞在TeV,获得质量下限1.6 TeV每兴奋spin-1/2中微子的味道(35]。

兴奋spin-3/2中微子也不是研究spin-1/2文学家。调查生产和衰变过程的单重spin-3/2中微子在执行36,37]。未来能源的潜力的研究线性对撞机探测器兴奋spin-3/2中微子信号在不同的衰变模式通过考虑三现象学电流考虑相应的背景是在8]。

目前正在进行研究的新发展电子对撞机,大型强子对撞机(LHeC), 60 GeV的电子束,可能140 GeV,质子束LHC (38- - - - - -41)或在未来未来圆形对撞机lepton-hadron对撞机(FCC-eh) [42,43]。LHeC是最高的设计和被认为是一个能源lepton-hadron对撞机linac-ring对撞机。Linac-ring类型提出了对撞机(44),这些类型的物理潜力和优势lepton-hadron对撞机进行(45,46]。最新结果兴奋的中微子来自第一个搜索对撞机赫拉有显示对撞机竞争力和对撞机和超越标准的调查非常重要的物理学(34,38- - - - - -41]。与设计的光度LHeC旨在超过赫拉光度~ 100倍。所以这将是一个重大的机遇,推动调查在LHC中完成。

这项工作是一个延续之前的工作兴奋中微子(8,25]。在这个工作,在部分2介绍了现象学的洋流兴奋的中微子,给他们的衰变宽度。节3,我们认为单一生产兴奋spin-1/2和spin-3/2中微子对撞机。我们考虑到信号兴奋的中微子的衰变模式以及相应的背景在LHeCTeV和TeV。我们把不变的质量分布的单一生产兴奋与spin-1/2 spin-3/2中微子。最后,我们把兴奋的等高线中微子耦合得到排除限制。调查兴奋费米子与spin-1/2需要LHeC[物理项目的一个重要组成部分38,39]。虽然兴奋的最新限制spin-1/2中微子ATLAS实验设定的高,是很重要的检查兴奋与不同的旋转在高能中微子lepton-hadron对撞机。这是唯一的专门的工作给出了比较结果兴奋spin-1/2和spin-3/2中微子理解未来的潜力对撞机。

2。物理预赛

一个兴奋spin-1/2中微子是最低的径向和轨道激发的分类显示量子数。兴奋spin-1/2中微子和普通轻子之间的相互作用的磁性过渡类型(47- - - - - -49]。之间的交互的有效电流兴奋spin-1/2中微子,衡量玻色子(),由SM轻子 在哪里是一种新的物理规模;是电磁耦合常数;,的四个动力SM轻子,兴奋spin-1/2中微子,分别和规范玻色子。是一种新的电弱耦合参数对应计玻色子和与狄拉克矩阵。一个兴奋的中微子有三种可能的衰变模式,每一个相关的一个向量玻色子,。这些衰变模式辐射衰变、中性弱衰变,并指控弱衰变。忽视了SM轻子质量我们发现的衰变宽度兴奋spin-1/2中微子 在哪里,,;弱混合角和吗规范玻色子的质量。的耦合和缩放仪耦合的因素和。除非,兴奋的中微子的电磁相互作用和SM中微子的存在。分支的兴奋spin-1/2中微子比率两个选择和展示在表1。一个可能会注意到,选择的分支比通道是≈60%。因此,选择模式分析是更为可行。

的两个现象学电流之间的相互作用一个兴奋spin-3/2中微子,衡量玻色子(),并给出了SM轻子 在哪里代表了Rarita-Schwinger vector-spinor [50]。

兴奋spin-3/2中微子的衰变宽度为的两个电流衰减模式 和中性和弱衰变模式(和),他们有 在哪里,,。分支比率和总兴奋spin-3/2中微子的衰变宽度和表中给出2和3,分别。另外,衰变宽度总数兴奋中微子质量的函数()如图1。

3所示。单独的生产对撞机

激动的spin-1/2和spin-3/2中微子可以单独生产在未来对撞机通过通道交换。在我们的计算使用程序CALCHEP [51- - - - - -53]。费曼图的子流程和如图2。

忽视了SM夸克质量,显式公式的微分截面子流程和两个现象学spin-3/2电流和是 在哪里是CKM矩阵元素,曼德尔斯塔姆变量,是质量重心的平方对撞机的能量。同时,微分截面兴奋spin-1/2中微子的表达式

总截面兴奋中微子质量的函数图所示3为重心的能量TeV和TeV。

在我们的分析,我们选择了模式因为分支比高的充电电流衰减通道。和衰变模式将有更大的不确定性,因为缺少横向动量()由于中微子在最后的状态。我们考虑到削减最终状态的过程,把一些运动学探测粒子。我们处理子流程削减和实施验收

费曼图的SM过程呈现在图4。主要的后台进程,让兴奋的中微子一样的最终状态信号multijet中性线电流深度非弹性散射(数控DIS)事件。应用这些削减后,我们获得了SM背景横截面的过程作为pb对TeV和pb对TeV。为了区分兴奋中微子信号我们绘制的不变的质量分布系统的质量GeV在TeV和群众GeV在TeV的数据5和6,分别。

我们绘制的速度兴奋的中微子质量的函数图7检查兴奋中微子过程的贡献同时调查不同兴奋中微子的分离模型。在这里对应的截面计算兴奋中微子的存在(信号)和标准模型(背景),和是SM(背景)横截面。在这些数字,spin-1/2分离,spin-3/2和spin-3/2兴奋的中微子可以很容易地看到。

为了获得访问限制的兴奋在高能中微子对撞机,我们画出轮廓兴奋中微子spin-1/2和spin-3/2。我们选择的玻色子衰变为。这里我们考虑统计学意义:

在这里集成的亮度吗对撞机,我们选择随着LHeC设计光度。我们的结果为如表所示4和5。

的标准我们画出中一段(95%)()等高线图兴奋spin-3/2现象学电流和中微子等高线图的兴奋spin-1/2中微子。在数据8和9,我们选择激动的中微子质量GeV分析TeV和GeV分析TeV。我们看到从这些数据允许的地区和联轴器的质量GeV在TeV和GeV在TeV。我们选择的价值观在我们的计算耦合参数(兴奋spin-3/2中微子和兴奋spin-1/2中微子)与等高线是兼容的。

4所示。结论

我们寻找兴奋spin-3/2中微子信号lepton-hadron对撞机LHeC大规模能量为两个不同的中心。我们使用两种不同的现象学spin-3/2兴奋中微子电流,我们使用相同的值联轴器。由于没有理论预测的单一生产兴奋中微子和有效电流未知的耦合,我们没有考虑电流之间的干扰。一个更详细的计算给出了一个重要的参数空间的干扰可能是重要的。

我们也处理spin-1/2兴奋中微子进行比较。我们的分析表明,spin-1/2和中微子spin-3/2兴奋信号歧视是明显的在未来对撞机。在这里我们只考虑描述指标的有效电流兴奋和标准粒子的相互作用。可以包括接触交互可能扩大质量和耦合极限。

可以搜索单生产兴奋spin-3/2中微子在LHC但比LHeC较小的截面。因此,潜在的LHeC比大型强子对撞机的耦合限制兴奋spin-3/2中微子。

兴奋的中微子具有不同自旋会表现在三个家庭。在这里,我们只调查了受激电子中微子。也可以做同样的分析兴奋μ子中微子。单生产兴奋在muon-hadron对撞机μ子中微子是可能的。物理的对撞机研究(54]。FCC-based可以找到的主要参数之一对撞机(43,55]。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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