Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день базовой теорией для описания электрослабых взаимодействий: в физике элементарных частиц является Стандартная Модель (СМ). Хотя предсказания СМ прекрасно согласуются с экспериментом, в ее рамках до сих пор остается нерешенным ряд вопросов, таких, как "натуральность" СМ, проблема большого числа свободных параметров, проблема иерархии поколений и др. В связи с эгпм существуют вполне естественные теоретические основания предполагать, что СМ электрослабых взаимодействий является эффективной моделью, воспроизводящей в низкоэнергетическом пределе поведение некой глобальной теории с более высокой симметрией.
Основная трудность при поиске выходов за рамки СМ заключается в том, что результаты проводимых прецизионных экспериментов (в частности, экспериментов на холлайдерах LEP и SLC) на сегодняшний день, несмотря на достигнутую высокую точность, не дали указаний на присутствие сигналов "новой" физики вне СМ. Поэтому вполне естественно ожидать, что эффекты "новой" физики могут проявиться только в качестве малых отклонений от предсказаний СМ. Следовательно, для обнаружения этих эффектов наряду с прецизионными экспериментальными данными необходимо вычисление предсказаний СМ с высокой степенью точности - с учетом радиационных поправок высших порядков.
Одним из возможных сценариев физики вне стандартной SU(2) С/(1)-калибровочной теории, обсуждаемым в представленной диссертационной работе, являются модели с композитной структу-
рой электрослабых взаимодействий, обуславливающие возникновение дополнительных векторных бозонов. Представляет интерес поиск и изучение возможных феноменологических проявлений моделей данного класса, связанных, например, с 7 — Z'- и Z" — ^'-интерференционными эффектами, наблюдение которых возможно в экспериментах на существующих е+е~-коллайдерах.
Другим рассматриваемым направлением поиска сигналов "новой" физики является исследование процессов с трехбозонными WWj- и WWZ- вз&имодействиями, структура которых в рамках СМ строго определяется SU(2)l [/(І)у-калпбровочной инвариантностью. В силу того, что данные.процессы крайне чувствительны к возможным отклонениям от СМ, прецизионное изучение реакций с трехбозонными взаимодействиями предоставляет интересную возможность проверки предсказаний СМ для взаимодействий калибровочных бозонов и поиска эффектов физики вне СМ.
Стоит также отметить, что планируемый перевод коллайдера LEP, эксперименты на котором на сегодняшний день являются основным источником прецизионных результатов, в режим работы с повышенной светимостью HLEP предоставляет уникальную возможность проверки СМ на уровне радиационных поправок высших порядков и поиска эффектов "новой" физики.
Цель диссертационной работы:
-
уточнение вклада КЭД радиационных поправок в реакции е+е~-аннигиляции в фермион-антпфермионную пару вблизи полюса Z0-резонанса, необходимое для прецизионной проверки СМ;
-
поиск проявления эффектов дополнительных нейтральных векторных бозонов, возникающих в моделях с- композитной структурой электр о слабых взаимодействий;
-
анализ возможности получения дополнительной информации о параметрах трехбозонного взаимодействия в области энергий ниже порога парного рождения W-бозонов, соответствующей диапазону энергий коллайдера LEP.
Научные реоультаты и новизна работы
1. В рамках СМ электрослабых взаимодействий проводится анализ формы кривой ^"-резонанса с учетом вкладов слабых, КХД и КЭД радиационных поправок. Получены аналитические выражения, аппрок-
сішпрующие сечения рождения фермион-антифермпонных пар в е+ е~-аннигиляцпи при энергиях вблизи резонансного полюса Z".
2. Для двух основных тнпов КЭД-поправок, а именно: а) радиа
ционных эффектов, обусловленных получением мягких фотонов в на
чальном состоянии реакции, и б) поправок на излучение фотонов в
конечном состоянии реакции, показана возможность модификации по
лученных ранее результатов, описывающих эффекты фотонных попра
вок для случая векторных частиц, для их использования при изучении
резонансной кривой 2-бозона в реакциях е+е~ — //.
3. Для радиационных КЭД-поправок иа излучение, фотонов в
начальном состоянии представлены аналитические результаты инте
гральной свертки выражения для сеченпя процесса е+е~ —*'у, Z0 —> //,
учитывающего вклады слабых п КХД-поправок, с функционалом КЭД-
поправок, обеспечивающего вблизи полюса /?-резонанса точность не
хуже 0.2%.
-
При анализе парциальных ширин распада 2Г-резонанса в фермп-оны показано, что в случае наложения ограничений на энергии и угол аколпнеарностп конечных фермпопов, диктуемых реальными условиями эксперимента, учет вклада от излучения фотонов в конечпом состоянии и поправки к вершинной функции приводят к значительным отрицательным поправкам (порядка нескольких процентов) к парциальным ширинам фермионных каналов по отношению к соответствующим величинам, вычисленным в СМ в борновском приближении.
-
Для экспериментальных обрезаний по энергиям и углу аколпнеарностп фермионов в конечном состоянии, характерных для экспериментальных установок LEP, приведены величины поправок к парциальным ширинам распада -бозона для е+е~-, /і+/і~- и т+т~- каналов.
-
Рассмотрен альтернативный СМ сценарнії, основанный на моделях с композитной структурой электрослабых взаимодействий и приводящий к расширению сектора калибровочных бозонов. При исследовании феноменологических проявлений дополнительных изоскаляр-ных векторных У(Уі)-бозонов, возникающих в моделях данного класса, для процесса е+е~ —+ // в области энергий коллайдеров TRISTAN и LEP показано, что включение дополнительного F-бооона приводит к заметному уменьшению величины R для мюонного канала при энергиях коллайдера TRISTAN, что может являться естественным объяснением экспериментально наблюдаемого на TRISTAN отклонения R^ от предсказаний СМ.
-
Для диапазона энергий коллайдера TRISTAN в случае Y- и Yl-моделей получены оценки эффектов дополнительных бозонов в величинах Яр = ст(е+е~ -* fi^fi'ycrQED иД/= (а(е+е~ -* fj) - (TSM)/aSM {&SM - сечение процесса в СМ) для мюонного и адронного каналов.
-
Показано, что включение дополнительного F-бозона с параметрами, допускающими описание экспериментальных данных TRISTAN, приводит к измеримым эффектам в адронном и мюонном (лептонном) сечениях в диапазоне энергий коллайдера LEP.
-
В результате анализа положения и величин соответствующих Z" — Y{Yl) интерференционных максимумов в сечениях процессов е+е~ —> /і+/і~ (адроны) предложена простая стратегия поиска "прямого" сигнала от дополнительных нейтральных изоскалярных векторных бозонов в области энергий коллайдера LEP. Для случаев реализации Y-или І-модели указаны оптимальные для поиска подобласти в диапазоне энергий LEP.
-
С точки зрения проверки предсказаний СМ электрослабых взаимодействий для калибровочной структуры трехбозонного взаимодействия рассмотрена возможность детектирования сигнала от процессов с И^ІУ^-взаішодействием в экспериментах на коллайдере LEP. Показано, что в случае перевода LEP в стадию HLEP с повышенной светимостью изучение процессов е+е~ —* PF*W —* {qiqj)W с последующей адронпзацией кварк-ангикварковой пары в мезон, представляющих интерес с точки зрения простой сигнатуры конечного состояния, позволит получить дополнительную информацию о величине констант kz и кг-, параметризующих вершину трехбозонного взаимодействия.
-
Для я-*-, />*-, Af-, Df- и D**- мезонов, соответствующих диагональным элементам матрицы Кабиббо-Кобаяши-Маскава и дающих основной вклад в сечения процессов е+е~ —+ W*W —> (мезон)^, получены оценки количества событий от реакций данного типа для LEP I и HLEP стадий коллайдера LEP.
Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы в процессе обработки прецизионных экспериментальных данных с коллайдеров LEP(HLEP) и SLC при поиске возможных сигналов "новой" физики.
Апробация работы. Результаты диссертации опубликованы в работах [1-8] и докладывались на международном совещании по фено-
менологип Стандартной Модели в Триесте (1991), I Всесоюзном рабочем совещании ВЛЭПП в Протвино (1991), XX Бакурианской зимней школе по физике элементарных частиц (1991), семинарах Отдела теоретической физики ИФВЭ и семинарах группы DELPHI.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав основного текста и заключения. Список литературы содержит 108 наименований. Объем диссертации 84 страницы.
