Probing wrong-sign Yukawa couplings at the LHC and a future linear collider

We consider the two-Higgs-doublet model as a framework in which to evaluate the viability of scenarios in which the sign of the coupling of the observed Higgs boson to down-type fermions (in particular, b-quark pairs) is opposite to that of the Standard Model (SM), while at the same time all other tree-level couplings are close to the SM values. We show that, whereas such a scenario is consistent with current LHC observations, both future running at the LHC and a future e(+)e(-) linear collider could determine the sign of the Higgs coupling to b-quark pairs. Discrimination is possible for two reasons. First, the interference between the b-quark and the t-quark loop contributions to the ggh coupling changes sign. Second, the charged-Higgs loop contribution to the gamma gamma h coupling is large and fairly constant up to the largest charged-Higgs mass allowed by tree-level unitarity bounds when the b-quark Yukawa coupling has the opposite sign from that of the SM (the change in sign of the interference terms between the b-quark loop and the W and t loops having negligible impact).

Compton scattering in noncommutative space-time at the Next Linear Collider

We study Compton scattering in the noncommutative (NC) counterpart of QED. Interactions in NC QED have momentum dependent phase factors and the gauge fields have Yang-Mills type couplings; this modifies the cross sections and they are different from the commuting standard model. Collider signals of noncommutative space-time are studied at the Next Linear Collider (NLC) operating in the e gamma mode. Results for different polarized cases are presented and it is shown that the Compton process can probe the noncommutative scale in the range of 1-2.5 TeV for typical proposed NLC energies.

Discriminating new physics scenarios at the Next Linear Collider: The role of polarization

We explore the potential of the Next Linear Collider, operating in the e γ mode, to disentangle new physics scenarios in single W production. We study the effects related to the exchange of composite fermions in the reaction e γ→Wνe, and compare them with those arising from trilinear gauge boson anomalous couplings. We stress the role played by the initial state polarization to increase the reach of this machine and to discriminate the possible origin of the new phenomena.

Triple gauge boson production and dynamical symmetry breaking at the Next Linear Collider

We study in a model independent way the role of a techniomega resonance in the process e+e-→ W+W-Z at the Next Linear Collider. © 1998 Elsevier Science B.V.

Tests of anomalous quartic couplings at the Next Linear Collider

We analyze the potential of the Next Linear e+e- Collider to study anomalous quartic vector-boson interactions through the processes e+e-→W+W-Z and ZZZ. In the framework of SU(2)L⊗U(1)Y chiral Lagrangians, we examine all effective operators of order p4 that lead to four-gauge-boson interactions but do not induce anomalous trilinear vertices. In our analysis, we take into account the decay of the vector bosons to fermions and evaluate the efficiency in their reconstruction. We obtain the bounds that can be placed on the anomalous quartic interactions and we study the strategies to distinguish the possible couplings.

Investigation of the H tau tau and Hbb coupling constants for a scalar (Pseudoscalar) higgs Boson at a future linear electron-positron collider

The possibility of setting constraints on the Couplings of a scalar (pseudoscalar) Higgs boson to the tau lepton and the b quark in the reactions e(+)e(-)-->v (v) over bar tau(+)tau(-) and e(+)e(-)-->v (v) over barb (b) over bar at a future linear electron-positron collider of total energy roots = 500 GeV is studied. The admixture of a new hypothetical pseudoscalar state of the Higgs boson in the Hf (f) over bar vertex is parametrized in the form (mf/v)(a+igamma(5)b). on the basis of an analysis of differential distributions for the processes under study, it is shown that data from the future linear collider TESLA will make it possible to constrain the parameters a and b as -0.32 less than or equal to Deltaa less than or equal to 0.24 and -0.73 less than or equal to b less than or equal to 0.73 in the case of the reaction e(+)e(-)-->v (v) over bar tau(+)tau(-) and as -0.026 less than or equal to Deltaa less than or equal to 0.027 and -0.23 less than or equal to b less than or equal to 0.23 in the case of the reaction e(+)e(-) --> v (v) over barb (b) over bar. It is emphasized that the contribution of the fusion Subprocess WW --> H in the channel involving an electron neutrino is of particular importance, since this contribution enhances the sensitivity of data to the parameters being analyzed. (C) 2004 MAIK Nauka/Inierperiodica.

Analysis of the Hb(b)over-bar coupling constant and CP-violation effects at the future e(+)e(-) collider

The e(+)e(-)-->b (B) over bar nu(ν) over bar process, where nu is an electron, muon, or tau-lepton neutrino, is analyzed in detail for the general form of the coupling constant of a Higgs boson with b quarks, with the (m(b)/v)(a + igamma(5)b) parameterization of the Hb (b) over bar interaction. This process is shown to be highly sensitive to this coupling constant. Experiments at the future with roots = 500-GeV linear collider will provide limits of 2 and 20% for deviations of the parameters a and b, respectively, from their Standard Model values. Results concerning the e(+)e(-)-->b (b) over bar nu(ν) over bar process in combination with the independent measurements of the partial width Gamma(H --> b (b) over bar) can testify to the CP origin of the Higgs sector of the theory. (C) 2003 MAIK Nauka/Interperiodica.

Direct signals for large extra dimensions in the production of fermion pairs at linear colliders

We analyze the potential of the next generation of e+e- linear colliders to search for large extra dimensions via the production of fermion pairs in association with Kaluza-Klein gravitons (G), i.e., e+e- →ff̃G. This process leads to a final state exhibiting a significant amount of missing energy in addition to acoplanar lepton or jet pairs. We study in detail this reaction using the full tree level contributions due to the graviton emission and the standard model backgrounds. After choosing the cuts to enhance the signal, we show that a linear collider with a center-of-mass energy of 500 GeV will be able to probe quantum gravity scales from 0.96 (0.86) up to 4.1 (3.3) TeV at a 2 (5)σ level, depending on the number of extra dimensions. ©2001 The American Physical Society.

Threshold effects on heavy quark production in gamma gamma interactions

The exchange of gluons between heavy quarks produced in e+e- interactions results in an enhancement of their production near threshold. We study QCD threshold effects in collisions. The results are relevant to heavy quark production by beamstrahlung and laser backscattering in future linear collider experiments. Detailed predictions for top-, bottom-, and charm-quark production are presented.

Bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring

La collaboration CLIC (Compact LInear Collider, collisionneur linéaire compact) étudie la possibilité de réaliser un collisionneur électron-positon linéaire à haute énergie (3 TeV dans le centre de masse) et haute luminosité (1034 cm-2s-1), pour la recherche en physique des particules. Le projet CLIC se fonde sur l'utilisation de cavités accélératrices à haute fréquence (30 GHz). La puissance nécessaire à ces cavités est fournie par un faisceau d'électrons de basse énergie et de haute intensité, appelé faisceau de puissance, circulant parallèlement à l'accélérateur linéaire principal (procédé appelé « Accélération à Double Faisceau »). Dans ce schéma, un des principaux défis est la réalisation du faisceau de puissance, qui est d'abord généré dans un complexe accélérateur à basse fréquence, puis transformé pour obtenir une structure temporelle à haute fréquence nécessaire à l'alimentation des cavités accélératrices de l'accélérateur linéaire principal. La structure temporelle à haute fréquence des paquets d'électrons est obtenue par le procédé de multiplication de fréquence, dont la manipulation principale consiste à faire circuler le faisceau d'électrons dans un anneau isochrone en utilisant des déflecteurs radio-fréquence (déflecteurs RF) pour injecter et combiner les paquets d'électrons. Cependant, ce type de manipulation n'a jamais été réalisé auparavant et la première phase de la troisième installation de test pour CLIC (CLIC Test Facility 3 ou CTF3) a pour but la démonstration à faible charge du procédé de multiplication de fréquence par injection RF dans un anneau isochrone. Cette expérience, qui a été réalisée avec succès au CERN au cours de l'année 2002 en utilisant une version modifiée du pré-injecteur du grand collisionneur électron-positon LEP (Large Electron Positron), est le sujet central de ce rapport. L'expérience de combinaison des paquets d'électrons consiste à accélérer cinq impulsions dont les paquets d'électrons sont espacés de 10 cm, puis à les combiner dans un anneau isochrone pour obtenir une seule impulsion dont les paquets d'électrons sont espacés de 2 cm, multipliant ainsi la fréquence des paquets d'électrons, ainsi que la charge par impulsion, par cinq. Cette combinaison est réalisée au moyen de structures RF résonnantes sur un mode déflecteur, qui créent dans l'anneau une déformation locale et dépendante du temps de l'orbite du faisceau. Ce mécanisme impose plusieurs contraintes de dynamique de faisceau comme l'isochronicité, ainsi que des tolérances spécifiques sur les paquets d'électrons, qui sont définies dans ce rapport. Les études pour la conception de la Phase Préliminaire du CTF3 sont détaillées, en particulier le nouveau procédé d'injection avec les déflecteurs RF. Les tests de haute puissance réalisés sur ces cavités déflectrices avant leur installation dans l'anneau sont également décrits. L'activité de mise en fonctionnement de l'expérience est présentée en comparant les mesures faites avec le faisceau aux simulations et calculs théoriques. Finalement, les expériences de multiplication de fréquence des paquets d'électrons sont décrites et analysées. On montre qu'une très bonne efficacité de combinaison est possible après optimisation des paramètres de l'injection et des déflecteurs RF. En plus de l'expérience acquise sur l'utilisation de ces déflecteurs, des conclusions importantes pour les futures activités CTF3 et CLIC sont tirées de cette première démonstration de la multiplication de fréquence des paquets d'électrons par injection RF dans un anneau isochrone.<br/><br/>The Compact LInear Collider (CLIC) collaboration studies the possibility of building a multi-TeV (3 TeV centre-of-mass), high-luminosity (1034 cm-2s-1) electron-positron collider for particle physics. The CLIC scheme is based on high-frequency (30 GHz) linear accelerators powered by a low-energy, high-intensity drive beam running parallel to the main linear accelerators (Two-Beam Acceleration concept). One of the main challenges to realize this scheme is to generate the drive beam in a low-frequency accelerator and to achieve the required high-frequency bunch structure needed for the final acceleration. In order to provide bunch frequency multiplication, the main manipulation consists in sending the beam through an isochronous combiner ring using radio-frequency (RF) deflectors to inject and combine electron bunches. However, such a scheme has never been used before, and the first stage of the CLIC Test Facility 3 (CTF3) project aims at a low-charge demonstration of the bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring. This proof-of-principle experiment, which was successfully performed at CERN in 2002 using a modified version of the LEP (Large Electron Positron) pre-injector complex, is the central subject of this report. The bunch combination experiment consists in accelerating in a linear accelerator five pulses in which the electron bunches are spaced by 10 cm, and combining them in an isochronous ring to obtain one pulse in which the electron bunches are spaced by 2 cm, thus achieving a bunch frequency multiplication of a factor five, and increasing the charge per pulse by a factor five. The combination is done by means of RF deflecting cavities that create a time-dependent bump inside the ring, thus allowing the interleaving of the bunches of the five pulses. This process imposes several beam dynamics constraints, such as isochronicity, and specific tolerances on the electron bunches that are defined in this report. The design studies of the CTF3 Preliminary Phase are detailed, with emphasis on the novel injection process using RF deflectors. The high power tests performed on the RF deflectors prior to their installation in the ring are also reported. The commissioning activity is presented by comparing beam measurements to model simulations and theoretical expectations. Eventually, the bunch frequency multiplication experiments are described and analysed. It is shown that the process of bunch frequency multiplication is feasible with a very good efficiency after a careful optimisation of the injection and RF deflector parameters. In addition to the experience acquired in the operation of these RF deflectors, important conclusions for future CTF3 and CLIC activities are drawn from this first demonstration of the bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring.<br/><br/>La collaboration CLIC (Compact LInear Collider, collisionneur linéaire compact) étudie la possibilité de réaliser un collisionneur électron-positon linéaire à haute énergie (3 TeV) pour la recherche en physique des particules. Le projet CLIC se fonde sur l'utilisation de cavités accélératrices à haute fréquence (30 GHz). La puissance nécessaire à ces cavités est fournie par un faisceau d'électrons de basse énergie et de haut courant, appelé faisceau de puissance, circulant parallèlement à l'accélérateur linéaire principal (procédé appelé « Accélération à Double Faisceau »). Dans ce schéma, un des principaux défis est la réalisation du faisceau de puissance, qui est d'abord généré dans un complexe accélérateur à basse fréquence, puis transformé pour obtenir une structure temporelle à haute fréquence nécessaire à l'alimentation des cavités accélératrices de l'accélérateur linéaire principal. La structure temporelle à haute fréquence des paquets d'électrons est obtenue par le procédé de multiplication de fréquence, dont la manipulation principale consiste à faire circuler le faisceau d'électrons dans un anneau isochrone en utilisant des déflecteurs radio-fréquence (déflecteurs RF) pour injecter et combiner les paquets d'électrons. Cependant, ce type de manipulation n'a jamais été réalisé auparavant et la première phase de la troisième installation de test pour CLIC (CLIC Test Facility 3 ou CTF3) a pour but la démonstration à faible charge du procédé de multiplication de fréquence par injection RF dans un anneau isochrone. L'expérience consiste à accélérer cinq impulsions, puis à les combiner dans un anneau isochrone pour obtenir une seule impulsion dans laquelle la fréquence des paquets d'électrons et le courant sont multipliés par cinq. Cette combinaison est réalisée au moyen de structures déflectrices RF qui créent dans l'anneau une déformation locale et dépendante du temps de la trajectoire du faisceau. Les résultats de cette expérience, qui a été réalisée avec succès au CERN au cours de l?année 2002 en utilisant une version modifiée du pré-injecteur du grand collisionneur électron-positon LEP (Large Electron Positon), sont présentés en détail.

Neutral Higgs bosons in the SU(3)(L)circle times U(1)(N) model

The SU(3)(L)circle times U(1)(N) electroweak model predicts new Higgs bosons beyond the one of the standard model. In this work we investigate the signature and production of neutral SU(3)(L)circle times U(1)(N) Higgs bosons in the e(-)e(+) Next Linear Collider and in the CERN Linear Collider . We compute the branching ratios of two of the SU(3)(L)circle times U(1)(N) neutral Higgs bosons and study the possibility to detect them and the Z' extra neutral boson of the model.

Doubly charged Higgs through photon-photon collisions in 3-3-1 models

We study the production and signatures of doubly charged Higgs bosons (DCHBs) in the process gamma gamma <-> H(--)H(++) at the e(-)e(+) International Linear Collider and CERN Linear Collider, where the intermediate photons are given by the Weizsacker-Willians and laser backscattering distributions.

Probing doubly charged Higgs bosons in e(+)e(-) colliders at the ILC and the CLIC in a 3-3-1 model

The SU(3)(L) circle times U(1)(N) electroweak model predicts new Higgs bosons beyond the one of the standard model. In this work we investigate the signature and production of doubly charged Higgs bosons in the e(+)e(-) International Linear Collider and in the CERN Linear Collider. We compute the branching ratios for the doubly charged gauge bosons of the model.