전하와 스핀을 동시에 잡는 미래 선형 충돌기: 벡터 레프톤쾨크 생산과 빔 편광 최적화

초록

본 논문은 14 TeV–100 TeV 구간의 미래 선형 전자‑양전자 충돌기에서 벡터 레프톤쾨크(VLQ) 쌍생산을 전자·양전자 빔의 장축 편광을 활용해 최적화하는 방법을 제시한다. 전자와 양전자 각각 Pₑ⁻ = −0.8, Pₑ⁺ = +0.6인 경우 √s = 3 TeV에서 120 fb의 최대 단면적을 얻으며, 좌‑우 비대칭 A_{LR} 은 0.16까지 상승한다. 또한 효과적 광도 L_eff/L 을 0.95까지 끌어올리고, 편광 불확실성을 크게 감소시켜 신호 대 배경 비율을 개선한다.

상세 분석

이 연구는 벡터 레프톤쾨크(VLQ)가 현재 B‑중간자 붕괴와 뮤온 g‑2 이상현상의 주요 후보라는 전제 하에, 고에너지 e⁻e⁺ 충돌에서의 생산 메커니즘을 정밀히 계산하였다. 모델은 U₁ (색 삼중, 전기적 하이퍼차지 2/3) 벡터 레프톤쾨크와 색‑옥텟 G′, 중성 Z′ 보손을 포함하며, FeynRules 기반 UFO 파일을 이용해 MadGraph5_aMC@NLO에 구현하였다.

핵심은 장축 편광이 s‑채널 RL, LR 조합에 미치는 영향이다. 식(6)·(7)에서 보듯, 전체 단면적은 (1−Pₑ⁻Pₑ⁺)·σ₀·