Возможный метод поиска майорановских нейтрино на будущих лептонных коллайдерах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследуется процесс ℓ+ℓ- → NW ±ℓ∓, где N - тяжелое майорановское нейтрино, а ℓ = e, µ. Для данного процесса ожидается большое сечение при высоких энергиях пучков в системе центра масс, достижимых на будущих лептон-лептонных коллайдерах. Монте-Карло моделирование исследуемого процесса было выполнено в рамках модели seesaw type-I, в которой лептонный сектор стандартной модели расширяется майорановскими нейтрино (или тяжелыми нейтральными лептонами, HNL). Возможность поиска прямого рождения HNL недавно была изучена для канала ℓ+ℓ- → Nνℓ с последующим распадом N → W ±ℓ∓. В данной работе мы исследуем альтернативный процесс ℓ+ℓ- → NW ±ℓ∓ → W ±W ± ℓ∓ ℓ∓с нарушением лептонного числа на две единицы. Аналогичные процессы возможны при столкновении частиц одного знака заряда, e-e- → NW - e- → W - W - e+ e- или µ+µ+ → NW + µ+ → W + W + µ+ µ-. Рассматриваемые сечения усиливаются за счет обмена мягкими фотонами в t-канале. В работе вычислены сечения процессов для сигнала и изучены потенциальные фоны стандартной модели, возникающие в результате столкновений e+e- пучков при энергии в системе центра масс 1 ТэВ и µ+µ- пучков приэнергиях 3 и 10 ТэВ. Вследствие диаграмм с мягкими t-канальными фотонами первичные лептоны вылетают в направлении, близком к начальному пучку частиц соответствующего знака. Эти лептоны будут потеряны в вакуумной трубе коллайдера или плохо измерены передними детекторами. Тем не менее сигнальные события могут быть отделены от фоновых благодаря оставшимся детектируемым частицам W W ℓ. Установлены ожидаемые ограничения сверху для параметров смешивания |VℓN |2 в зависимости от массы HNL.

Об авторах

Е. С Антонов

Физический институт РАН им. П. Н. Лебедева

Email: antonoves@lebedev.ru
119991, Москва, Россия

А. Г Друцкой

Физический институт РАН им. П. Н. Лебедева

Email: drutskoy@lebedev.ru
119991, Москва, Россия

М. Н Дубинин

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: dubinin@theory.sinp.msu.ru
119991, Москва, Россия

Список литературы

  1. A.M. Abdullahi, P.B. Alzah, B. Batell et al. (Collaboration), J. Phys. G 50(2), 020501 (2023)(Contribution to: Proceedings of Snowmass 2021).
  2. F. F. Deppisch, P. S. Bhupal Dev, and A. Pilaftsis, New J. Phys. 17(7), 075019 (2015).
  3. W. Rodejohann, Int. J. Mod. Phys. E 20, 1833 (2011).
  4. T. Asaka and T. Tsuyuki, Phys. Rev. D 92(9), 094012 (2015).
  5. G. Aad, B. Abbott, K. Abeling et al. (ATLAS collaboration), arXiv:2305.14931.
  6. A. Tumasyan, W. Adam, J. W. Andrejkovic et al. (CMS collaboration), Phys. Rev. Lett. 131, 011803 (2023).
  7. A.M. Sirunyan, A. Tumasyan, W. Adam et al. (CMS collaboration), Phys. Rev. Lett. 120, 221801 (2018).
  8. B. Fuks, J. Neundorf, K. Peters, R. Ruiz, and M. Saimpert, Phys. Rev. D 103(5), 055005 (2021).
  9. F. del Aguila, J.A. Aguilar-Saavedra, and R. Pittau, JHEP 10, 047 (2007).
  10. J. L. Schubert and O. Ruchayskiy, arXiv:2210.11294.
  11. K. Me˛ka la, J. Reuter, and A. F. ˙Zarnecki, JHEP 06, 010 (2022).
  12. F. Almeida Jr., Y. Coutinho, J. Martins Simoes, M. do Vale, and S. Wulck, Eur. Phys. J. C 22, 277 (2001).
  13. E. Boos, V. Bunichev, M. Dubinin et al. (CompHEP Collaboration), Nucl. Instrum. Methods A 534, 250 (2004).
  14. A. Pukhov, E. Boos, M. Dubinin, V. Edneral, V. Ilyin, D. Kovalenko, A. Kryukov, V. Savrin, S. Shichanin, and A. Semenov, arXiv:hep-ph/9908288.
  15. A. Alloul, N.D. Christensen, C. Degrande, C. Duhr, and B. Fuks, Comput. Phys. Commun. 185, 2250 (2014).
  16. W. Kilian, T. Ohl, and J. Reuter, Eur. Phys. J. C 71, 1742 (2011).
  17. J. de Favereau, C. Delaere, P. Demin, A. Giammanco, V. Lemaˆ itre, A. Mertens, and M. Selvaggi (DELPHES 3 Collaboration), JHEP 02, 057 (2014).
  18. K. Me˛ka la, J. Reuter, and A. F. ˙Zarnecki, Phys. Lett. B 841, 137945 (2023).
  19. T.H. Kwok, L. Li, T. Liu, and A. Rock, arXiv:2301.05177.
  20. P. Li, Z. Liu, K.F. Lyu, arXiv:2301.07117.
  21. J. Alwall, M. Herquet, F. Maltoni, O. Mattelaer, and T. Stelzer, JHEP 06, 128 (2011).
  22. T. Li, C. Y. Yao, and M. Yuan, arXiv:2306.17368.
  23. H. Gu and K. Wang, Phys. Rev. D 106, 015006 (2022).
  24. A. Semenov, Comput. Phys. Commun. 180, 431 (2009).
  25. T. Sjostrand, S. Mrenna, and P. Skands, J. High Energy Phys. 05, 026 (2006).
  26. S. Banerjee, P. S.B. Dev, A. Ibarra, T. Mandal, and M. Mitra, Phys. Rev. D 92, 075002 (2015).
  27. J. L. Yang, C.H. Chang, and T. F. Feng, arXiv:2302.13247.
  28. R. Jiang, T. Yang, S. Qian, Y. Ban, J. Li, Z. You, and Q. Li, arXiv:2304.04483.
  29. J. Schechter and J. W. F. Valle, Phys. Rev. D 22, 2227 (1980).
  30. J. Casas and A. Ibarra, Nucl. Phys. B 618, 171 (2001).
  31. A. Ibarra, E. Molinaro, and S. Petcov, JHEP 09, 108 (2010).
  32. B. Pontecorvo, Sov. Phys. JETP 7, 172 (1958).
  33. Z. Maki, M. Nakagawa, and S. Sakata, Prog. Theor. Phys. 28, 870 (1962).
  34. T. Asaka, S. Eijima, and H. Ishida, JHEP 04, 011 (2011).
  35. K. Bondarenko, A. Boyarsky, J. Klaric, O. Mikulenko, O. Ruchayskiy, V. Syvolap, and I. Timiryasov, JHEP 07, 193 (2021).
  36. S. Alekhin, W. Altmannshofer, T. Asaka et al. (Collaboration), Rep. Prog. Phys. 79, 124201 (2016).
  37. M. Drewes, arXiv:2210.17110.
  38. E. Boos, M. Dubinin, A. Pukhov, M. Sachwitz, and H. J. Schreiber, Eur. Phys. J. C 21, 81 (2001).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023