[論文レビュー] Can LHC observe an anomaly in ttZ production?

François Richard|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、追加次元モデルが予測する標準模型からのずれを裏付けるために、LHCがトップクォーク対の生成とZボソンの関連する過程（ttZ）における異常を検出できるかを調査している。20%から50%のttZ断面積の増加—右巻きトップクォーク成分の強化によって引き起こされる—が8 TeVのLHCで観測可能である可能性があり、これは標準模型を超える新しい物理を検証するためのシグネチャを提供する。

ABSTRACT

The cross section for production at the 7 TeV LHC has been measured. For the first time it therefore becomes possible to measure Z couplings to top quarks. Interpreting the notorious LEP1 anomaly on Z couplings to b quarks in terms of an extra-dimension model, one expects an excess, as large as a factor 2, on the rate which may already become significant with the LHC at 8 TeV data. Other schemes are reviewed which also predict deviations of couplings. The size of the effect and a dramatic increase of the top quarks with the right chirality should confirm our interpretation of the underlying mechanism. Complementary signals observable at LHC are also briefly reviewed.

研究の動機と目的

• 新しい物理効果によるttZ生成断面積のずれがLHCで観測可能かどうかを評価すること。
• 追加次元モデルがトップクォーク結合を強化すると予測する文脈において、LEP1のZ→bb̄異常がどのように説明できるかを調査すること。
• 特に右巻きトップクォークの強化を通じて、8 TeVのLHCデータを用いてそのずれの検出可能性を評価すること。
• 提案された新しい物理メカニズムを確認または除外するための、LHCにおける補足的シグネチャを同定すること。
• 低エネルギーのZボソン異常と高エネルギーのトップクォーク生成を結びつける現象論的フレームワークを提供すること。

提案手法

• LEP1のZ→bb̄結合異常を説明するため、追加次元モデル（特にランディン・サンズ型のシナリオ）を適用する。
• このモデルの下でttZ生成断面積を計算し、標準模型の予測値よりも最大2倍の顕著な増加を予測する。
• 最終状態におけるトップクォークのヘリシティ構造を分析し、主要なシグネチャとして大きな右巻きトップクォーク成分を強調する。
• 8 TeVでのずれの感受性を予測するために、7 TeVのLHCデータをベースラインとして用いる。
• 同一符号のトップクォーク対や異常なZ結合といった追加の加速器シグネチャが、補足的プローブとして機能する可能性を検討する。
• LHCにおける予測されたttZチャンネルでの過剰の有意性を推定する現象論的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCは、標準模型を超える新しい物理を示す兆候として、ttZ生成レートのずれを観測可能だろうか？
• RQ2 LEP1のZ→bb̄結合異常は、トップクォーク結合に影響を与える追加次元モデルによってどの程度説明可能だろうか？
• RQ3 このようなモデルにおけるttZ断面積の増加の期待値はどの程度で、8 TeVのLHCで検出可能だろうか？
• RQ4 最終状態におけるトップクォークのヘリシティは、背後にある新しい物理メカニズムの診断にどのように寄与するか？
• RQ5 LHCにおける、このような新しい物理効果の存在を確認するための最も有望な補足的シグネチャは何か？

主な発見

• 追加次元モデルの文脈において、ttZ生成断面積に最大2倍の増加が予測される。
• 顕著な右巻きトップクォークの増加が、提案されたメカニズムを確認するための主要なシグネチャであると特定された。
• 8 TeVのLHCデータは、増加率が20%から50%の範囲にある場合、そのずれを観測できる十分な感受性を持つと予想される。
• モデルは、高次元ゲージ相互作用を含む共通の物理的メカニズムを通じて、LEP1のZ→bb̄異常を説明できる。
• 同一符号のトップクォーク対や異常なZ結合といった補足的シグネチャが、観測された異常を検証するための潜在的クロスチェックとして同定された。
• 分析は、LHCにおけるttZチャンネルが、トップクォーク結合における新しい物理を特徴づける独自で感受性の高いプローブであると示唆している。