Searching for New Physics within the Standard Model ...ringwald/talks/fridgerfest.pdf · Searching...
Transcript of Searching for New Physics within the Standard Model ...ringwald/talks/fridgerfest.pdf · Searching...
Instantons/Sphalerons:
Searching for New Physics within the Standard Model
Andreas Ringwald
DESY
Festkolloquium Fridger Schrempp, February 19th, 2008, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 1
1. Introduction
• Standard Model of electroweak(QFD) and strong (QCD) inter-actions extremely successful
⇐ Ordinary perturbation theory
• There are processes inaccessible toordinary perturbation theory
[Adler ‘69; Bell,Jackiw ‘69; Bardeen ‘69]
B+L/ Chirality-violating processes inQFD/QCD
• Induced by topological fluctuationsof non-Abelian gauge fields, inparticular instantons
[Belavin et al. ‘75; ‘t Hooft ‘76]
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 2
1. Introduction
• Standard Model of electroweak(QFD) and strong (QCD) inter-actions extremely successful
⇐ Ordinary perturbation theory
• There are processes inaccessible toordinary perturbation theory
[Adler ‘69; Bell,Jackiw ‘69; Bardeen ‘69]
B+L/Chirality-violating processes inQFD/QCD
• Induced by topological fluctuationsof non-Abelian gauge fields, inparticular instantons
[Belavin et al. ‘75; ‘t Hooft ‘76]
4(B + L) = −6:
IW/Sph bL
bL
tL
sL
sL
cL
dL
dL
uL
νe
νµ
ντ
1
4Q5 = 6:
Is
uL uR
dL dR
sL sR
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 3
1. Introduction
• Standard Model of electroweak(QFD) and strong (QCD) inter-actions extremely successful
⇐ Ordinary perturbation theory
• There are processes inaccessible toordinary perturbation theory
[Adler ‘69; Bell,Jackiw ‘69; Bardeen ‘69]
B+L/Chirality-violating processes inQFD/QCD
• Induced by topological fluctuationsof non-Abelian gauge fields, inparticular instantons
[Belavin et al. ‘75; ‘t Hooft ‘76]
• B + L/Q5 are anomalous,
∆(B + L) = −2ng ∆NCS[W ]
∆Q5 = 2nf ∆NCS[G]
• Topological fluctuations of the
gauge fields W/G, i.e. fluctuations
with integer 4NCS 6= 0, induce
anomalous processes
• Instanton: lowest Euclidean action
configuration with ∆NCS = 1 ⇒tunneling
• Sphaleron: lowest static energy
configuration with NCS = 1/2 ⇒barrier
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 4
1. Introduction
• Standard Model of electroweak(QFD) and strong (QCD) inter-actions extremely successful
⇐ Ordinary perturbation theory
• There are processes inaccessible toordinary perturbation theory
[Adler ‘69; Bell,Jackiw ‘69; Bardeen ‘69]
B+L/Chirality-violating processes inQFD/QCD
• Induced by topological fluctuationsof non-Abelian gauge fields, inparticular instantons
[Belavin et al. ‘75; ‘t Hooft ‘76]
sphaleronE
N0 1cs
instanton
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 5
• Theory: Topological gauge field fluctuations and associated anomalousprocesses are predicted to play very important role in
– QCD in various long-distance aspects: [...; Shuryak; ...]
∗ U(1)A problem (mη′ � mη) [‘t Hooft ‘76; ...]
– QFD at high temperatures: [Kuzmin,Rubakov,Shaposhnikov ‘85; ...]
∗ Crucial impact on baryon and lepton asymmetries of the universe
• Experiment: Are they directly observable in high energy reactions?
– QFD: Intense studies in early 1990s; inconclusive [AR ‘90; Espinosa ‘90; ...]
– QCD: Hard instanton induced processes in deep-inelastic lepton-hadronscattering or in virtual γ/W/Z production at hadron colliders∗ reliably calculable and sizeable rate
[...; Moch,AR,F.Schrempp ‘97; F.Schrempp ‘05; Brandenburg,AR,Utermann ‘06; F.Schrempp,M.Petermann ‘08]
∗ characteristic final state “fireball” signature [AR,F.Schrempp ‘94–‘01]
∗ first encouraging search results from HERA I data [H1 ‘02; ZEUS ‘04]
∗ looking forward to search in HERA II data and at LHC
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 6
Outline:
2. Evidence for QCD-Instantons in the Vacuum
3. Searches for QCD-Instantons at HERA
4. Conclusions and Outlook
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 7
2. Evidence for QCD-Instantons in the Vacuum
• Euclidean functional integral formulation of QCD,
〈O〉 =1Z
∫[dA][dψ][dψ]O[A,ψ, ψ] e−S[A,ψ,ψ] ,
Z =∫
[dA][dψ][dψ] e−S[A,ψ,ψ] .
• Perturbation theory:◦ perturbative QCD: expansion about trivial vacuum solution, i.e.
vanishing gluon field and vanishing quark fields and thus vanishingEuclidean action, S = 0.
◦ instanton perturbation theory: generalized saddle-point expansion ofthe Euclidean functional integral about non-trivial minima of theEuclidean action, S 6= 0.
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 8
• Non-trivial minima (⇔ solutions) have integer Pontryagin index(topological charge)
Q ≡ αs2π
∫d4x
12tr(GµνG̃µν) ≡ 4NCS = ±1,±2, . . . ,
and their action is a multiple of 2π/αs,
S ≡∫d4x
12tr(GµνGµν) =
2παs|Q| = 2π
αs· (1, 2, . . .).
⇒ Dominant saddle-point for αs � 1: | Q |= 1
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 9
⇒ Instanton (Q = 1): [Belavin et al. ‘75; ‘t Hooft ‘76; Callan,Dashen,Gross ‘76; Jackiw,Rebbi ‘76]
A(I)µ (x; ρ, U, x0) = − i
g
ρ2
(x− x0)2Uσµ (x− x0)− (xµ − x0µ)
(x− x0)2 + ρ2U†
◦ size ρ, color orientation U , position x0
◦ localized in Euclidean space and time (“instantaneous”)
L(A(I)µ (x; ρ, U, 0)
)=
12παs
· ρ4
(x2 + ρ2)4
⇒ S[A(I)µ
]=
2παs
L(z,t)
6
5
4
3
2
1
0
t0.4
0.20
-0.2-0.4 z
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
Page 1
◦ tunneling between topologically inequivalent (4NCS = 1) vacua
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 10
• Instanton-contribution to vacuum-to-vacuum amplitude, Z(I) = 〈0|0〉(I):
1Z(0)
dZ(I)
d4x=
∞∫0
dρDm(ρ)∫dU
• Size distribution Dm(ρ) known in instanton perturbation theory[‘t Hooft ‘76; Bernard ‘79]
αs(µr) ln(ρµr) � 1, ρmi(µr) � 1,
in 2-loop renormalization-group invariant form, [Morris et al. ‘85]
dnId4x dρ
= Dm(ρ) = D(ρ)nf∏i=1
(ρmi(µr)) (ρµr)nf γ0αs(µr)
4π
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 11
• Suppression of instanton contribution to the vacuum-to-vacuumamplitude for small quark masses ρmi � 1:
⇐ Axial anomaly: [Adler ‘69; Bell, Jackiw ‘69]
Any gauge field fluctuation with topological charge Q must beaccompanied by a corresponding change in axial charge, 4Q5 = 2nf Q
⇒ pure vacuum-to-vacuum transitions vanish in massless limit⇒ Green’s functions corresponding to anomalous Q5 violation: [‘t Hooft ‘76]
Is
uL uR
dL dR
sL sR
∗ main contribution due to instantons (fermionic zero modes)∗ do not suffer from any mass suppression
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 12
• Reduced size distribution D(ρ):
D(ρ) =d
ρ5
(2π
αs(µr)
)2Nc
e−2π
αs(µr) (ρµr)β0+(β1−4Ncβ0)αs(µr)
4π
• Clearly non-perturbative: ∝ e−2π
αs(µr)
• Power-law behaviour of (reduced) size distribution,
D(ρ) ∼ ρβ0−5+O(αs); β0 =113Nc −
23nf
◦ dominant contribution to ρ integral generically originates from large ρ◦ spoils the applicability of instanton perturbation theory, αs(1/ρ) � 1
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 13
• Size distribution basic building block of instanton perturbation theory:
◦ appears in generic instanton contributions to Green’s functions⇒ important to know the region of validity of the perturbative result
• Crucial information from lattice investigations on the topologicalstructure of the QCD vacuum
– Evidence for topological charge fluctuations: e.g. [Chu et. al ‘94]
Lagrange density (raw data)
t
z510
1520
5
10
15
2
3
4
510
1520
5
10
15
2
3
4
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 14
• Size distribution basic building block of instanton perturbation theory:
◦ appears in generic instanton contributions to Green’s functions⇒ important to know the region of validity of the perturbative result
• Crucial information from lattice investigations on the topologicalstructure of the QCD vacuum
– Evidence for topological charge fluctuations: e.g. [Chu et. al ‘94]
Lagrange density (smoothed)
t
z510
1520
5
10
15
0
0.01
0.02
0.03
510
1520
5
10
15
0
0.01
0.02
0.03
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 15
• Size distribution basic building block of instanton perturbation theory:
◦ appears in generic instanton contributions to Green’s functions⇒ important to know the region of validity of the perturbative result
• Crucial information from lattice investigations on the topologicalstructure of the QCD vacuum
– Evidence for topological charge fluctuations: e.g. [Chu et. al ‘94]
Topological charge density (smoothed)
t
z510
1520
5
10
15
-0.0010
0.001
0.002
510
1520
5
10
15
-0.0010
0.001
0.002
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 16
– Small size topological charge fluctuations ≡ QCD-instantons:[AR,F. Schrempp ‘99]
⇒ Instanton perturbation theory reliable for ρΛMS<∼ 0.4
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 17
– Small size topological charge fluctuations ≡ QCD-instantons:[AR,F. Schrempp ‘99]
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 18
• First principle calculations of instanton contributions only possible forquantities to which large size instantons do not contribute:
– Short-distance coefficient functions in the operator product expansionof two-point functions [Andrei,Gross ‘78;...;Novikov et al. ‘80;...; Balitsky,Braun ‘93]
Problem:∗ No physics-wise relevant two-point function known which receives
contribution solely from instantons→ Instanton contribution typically hidden beyond large perturbative
background– Unique possibilities: Anomalous 4Q5 = ±2nf hard scattering
processes, in particular deep-inelastic lepton-hadron scattering andvirtual γ/W/Z production in hadron scattering
[Moch,AR,F.Schrempp ‘97; F.Schrempp ‘05; Brandenburg,AR,Utermann ‘06; F.Schrempp,Petermann ‘08]
→ In mq = 0 limit, receive contributions only from instantons→ Large size instantons exponentially suppressed by form factors ∝
e−Qρ, where Q is the hard scale (virtuality) of the process
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 19
• Deep-inelastic scattering: [Moch,AR,F.Schrempp ‘97]
���
�
�������� �����
������� �� �� ���� �
�
�
�
������� � � �
� �����
• Virtual γ/W/Z production: [F.Schrempp ‘05; Brandenburg et al. ‘06; F.Schrempp,Petermann ‘08]
I ' +
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 20
3. Searches for QCD-Instantons at HERA
• Natural scale: sphaleron energy
Msp ∼π
αg ρ∼
{10 TeV in QFD10 GeV in QCD
[Klinkhamer,Manton ‘84;..;AR,F.Schrempp ‘94-‘01;..]
⇒ Anomalous processes inQFD: VLHC (> 20??)QCD: HERA (≤ ‘07), LHC (≥ ‘08)
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 21
3. Searches for QCD-...
• Natural scale: sphaleron energy
Msp ∼π
α ρ∼
{10 TeV in QFD10 GeV in QCD
[Klinkhamer,Manton ‘84;..;AR,F.Schrempp ‘94-‘01;..]
⇒ Anomalous processes inQFD: VLHC (> 20??)QCD: HERA (≤ ‘07), LHC (≥ ‘08)
⇒ Search for QCD-instantons in had-ronic final state at HERA and LHC
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 22
Event generator QCDINS
[AR,F.Schrempp ‘94-‘01; Gibbs,AR,F.Schrempp ‘95]
• Hard subprocess:
– isotropic in q′g CM– flavour democratic– large parton multiplicity
〈nq + ng〉 = 2nf − 1 +O(1)/αs >∼ 8
• Parton shower:
HERWIG
• Hadronization:
HERWIG/JETSET[AR,F.Schrempp ‘94]
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 23
Event generator QCDINS
[AR,F.Schrempp ‘94-‘01; Gibbs,AR,F.Schrempp ‘95]
• Hard subprocess:
– isotropic in q′g CM– flavour democratic– large parton multiplicity
〈nq + ng〉 = 2nf − 1 +O(1)/αs >∼ 8
• Parton shower:
HERWIG
• Hadronization:
HERWIG/JETSET
q
I
k
IW 2 2
q
ee
Ws
Pg = Pz
’
’
���
��������� �����������
������
� ���-10
0
10 -10
0
10
-10
0
10
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 24
Event generator QCDINS
[AR,F.Schrempp ‘94-‘01; Gibbs,AR,F.Schrempp ‘95]
• Hard subprocess:
– isotropic in q′g CM– flavour democratic– large parton multiplicity
〈nq + ng〉 = 2nf − 1 +O(1)/αs >∼ 8
• Parton shower:
HERWIG
• Hadronization:
HERWIG/JETSET
q
I
k
IW 2 2
q
ee
Ws
Pg = Pz
’
’
���
��������� �����������
�������
� �����-10
12
3
0
2
4
60
2
4
6
8
10
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 25
Event generator QCDINS
[AR,F.Schrempp ‘94-‘01; Gibbs,AR,F.Schrempp ‘95]
• Hard subprocess:
– isotropic in q′g CM– flavour democratic– large parton multiplicity
〈nq + ng〉 = 2nf − 1 +O(1)/αs >∼ 8
• Parton shower:
HERWIG
• Hadronization:
HERWIG/JETSET
q
I
k
IW 2 2
q
ee
Ws
Pg = Pz
’
’
ηlab
φ lab
E
[G
eV]
T-2 0 2 4 6 8-3
-2-1
01
23
0
0.5
1
1.5
2
2.5
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 26
Such “fireballs” have been observed at HERA ...
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 27
H1/ZEUS searches at HERA I
[H1 ‘02; ZEUS ‘04]
• Instanton-enriched samples bycuts on discriminating obser-vables
• Large uncertainties in predic-tions of normal processes fromdifferent event generators
⇒ Upper limits on instanton-induced cross section; about afactor three above predictions
• Larger statistics from HERA IIallow harder cuts⇒may reachhigher instanton separationpower εI/εsDIS
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
150
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
150
BSph
Eve
nts H1
100 200 3000
50
100
100 200 3000
50
100
]2 [GeVrec ,2Q
Eve
nts
0 5 10 15 200
100
200
0 5 10 15 200
100
200
Bn
Eve
nts
0 5 10 15 20 250
50
100
0 5 10 15 20 250
50
100
[GeV]t, BE
Eve
nts
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
B∆
Eve
nts
0 5 10 150
50
100
0 5 10 150
50
100
[GeV]t, JetE
Eve
nts H1 Data 96+97
MEPS
CDM
QCDINS
[H1 ‘02]
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 28
The H1 excess:
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
150
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
150
BSph
Eve
nts H1
100 200 3000
50
100
100 200 3000
50
100
]2 [GeVrec ,2Q
Eve
nts
0 5 10 15 200
100
200
0 5 10 15 200
100
200
Bn
Eve
nts
0 5 10 15 20 250
50
100
0 5 10 15 20 250
50
100
[GeV]t, BE
Eve
nts
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
50
100
B∆
Eve
nts
0 5 10 150
50
100
0 5 10 150
50
100
[GeV]t, JetE
Eve
nts H1 Data 96+97
MEPS
CDM
QCDINS
... intriguing, but inconclusive ...
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 29
H1/ZEUS searches at HERA I
[H1 ‘02; ZEUS ‘04]
• Instanton-enriched samples bycuts on discriminating obser-vables
• Large uncertainties in predic-tions of normal processes fromdifferent event generators
⇒ Upper limits on instanton-induced cross section; about afactor three above predictions
• Larger statistics from HERA IIallow harder cuts⇒may reachhigher instanton separationpower εI/εsDIS
ZEUS
(GeV)jetTp
0 2 4 6 8 10 12
)-1
(G
eVje
tT
dN
/dp
evt
1/N
10-2
10-1
ZEUS 96-97 (uncorrected)DJANGOHHERWIGQCDINS
EFON0 10 20 30 40 50 60 70 80
EF
O d
N/d
Nev
t1/
N
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
EFTN0 2 4 6 8 10 12 14
EF
T d
N/d
Nev
t1/
N
10-3
10-2
10-1
C0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
dN
/dC
evt
1/N
0
0.05
0.1
0.15
(a)
(b)
(c) (d)
1
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 30
H1/ZEUS searches at HERA I
[H1 ‘02; ZEUS ‘04]
• Instanton-enriched samples bycuts on discriminating obser-vables
• Large uncertainties in predic-tions of normal processes fromdifferent event generators
⇒ Upper limits on instanton-induced cross section; about afactor three above predictions
• Larger statistics from HERA IIallow harder cuts⇒may reachhigher instanton separationpower εI/εsDIS
cro
ss-s
ecti
on
[p
b]
2 < 80 GeV 260 < Q’ 2 < 100 GeV 280 < Q’
cro
ss-s
ecti
on
[p
b]
2 < 120 GeV 2100 < Q’ 2 < 140 GeV 2120 < Q’
2
3
4
2
3
4
2
3
4
0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45
10
10
10
10
1
10
10
10
1
10
10
10
10
10
1
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������
������������������������������
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �
���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
��������������������
��������������������
cro
ss-s
ecti
on
[p
b]
x’
x’
:INSσExcluded MC-Independent
MEPS background Model
CDM background Model
QCDINS calculations: predictedINSσ
extrapolatedINSσ140 < Q’ 2 < 160 GeV 2 for Q’ > 113 GeV , x’ >0.35 2 2
H1 Instanton Limits
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 31
H1/ZEUS searches at HERA I
[H1 ‘02; ZEUS ‘04]
• Instanton-enriched samples bycuts on discriminating obser-vables
• Large uncertainties in predic-tions of normal processes fromdifferent event generators
⇒ Upper limits on instanton-induced cross section; about afactor three above predictions
• Larger statistics from HERA IIallow harder cuts⇒may reachhigher instanton separationpower εI/εsDIS
[F. Schrempp ‘04]
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 32
Fridger’s summary on the H1/ZEUS “excess” at HERA I:
⇒ increases with separation power ... encouragement for HERA II!
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 33
4. Conclusions and Outlook
• Instantons/sphalerons and the associated anomalous processes are
– a solid prediction of QCD and QFD– of fundamental significance∗ for a solution to the U(1)A problem∗ for an understanding of the matter–antimatter asymmetry of the
universe
⇒ Mandatory to search for them in collider experiments!
• Searches at HERA I: inconclusive, but encouraging results
• Searches at HERA II: H1 and ZEUS should not miss this opportunity!
• Searches at LHC: ground is laid ...
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY
– Instantons/Sphalerons: Searching for New Physics within the SM – 34
A. Ringwald (DESY) Festkolloquium Fridger Schrempp, DESY