[論文レビュー] Constraints on four-fermion interactions from the $t\bar{t}$ charge asymmetry at hadron colliders

Martín Perelló, M. Vos|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 37被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、テバトロンおよびLHCからの電荷非対称性測定と断面積測定を用いて、ハドロン衝突加速器におけるトップクォーク対生成における4フェルミオン相互作用を制約する。電荷非対称性測定が断面積データよりも感受性が高く、特にブーストされたトップクォーク領域において顕著であることが示され、95%信頼水準での制約として −0.06 < C¹v²/Λ² < 0.10 および −0.04 < C²v²/Λ² < 0.11 を得た。これは標準模型と整合的であり、2 TeVを超える領域における新しい物理現象の直接的共鳴探索と同等の性能を示す。

ABSTRACT

The charge asymmetry in top quark production at hadron colliders is sensitive to beyond-the-Standard-Model four-fermion interactions. In this study we compare the sensitivity of cross-section and charge asymmetry measurements to effective operators describing four-fermion interactions and study the limits on the validity of this approach. A fit to a combination of Tevatron and LHC measurements yields stringent limits on the linear combinations $C_1$ and $C_2$ of the four-fermion effective operators.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える4フェルミオン相互作用に対するトップクォーク対生成測定の感受性を評価すること。
• 断面積測定と電荷非対称性測定の相対的な力の強さを、有効4フェルミオン演算子を制約するために比較すること。
• 特にブーストされたトップクォーク領域における高エネルギー領域での有効演算子アプローチの妥当性を評価すること。
• アップおよびダウン型クォークへのフラバー不変のカップリングを仮定したもとで、次元6の4フェルミオン演算子に対する頑健な制約を導出すること。
• 13 TeV LHCデータからの将来の制約を予測すること。これには、電荷非対称性と断面積の高精度測定を含む。

提案手法

• 本研究は、次元6の4フェルミオン演算子を用いた有効場理論フレームワークを採用し、ラグランジアンを L_eff = L_SM + (1/Λ²)ΣC_i O_i の形に展開する。
• アップおよびダウン型クォークへのカップリング強度が等しいという仮定の下で、7つの4フェルミオン演算子の集合を2つの有効な組み合わせ、C¹およびC²に簡約する。
• トップクォーク対生成断面積および電荷非対称性のテバトロンおよびLHCからの測定値を統合して、C¹およびC²を制約する。
• 有効理論の有効性を保証するため、次に四次元の演算子の二乗を計算してΛ⁻⁴項の大きさを推定する。
• 包括的および微分的測定を含み、特に4フェルミオン相互作用に対する感受性が高まるブーストされたt-t̄生成領域に注目する。
• 13 TeV LHCデータに対する将来の制約を予測する。これは、ブースト領域における電荷非対称性測定で0.5%の精度、断面積測定で4%の精度を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トップクォーク対生成における4フェルミオン相互作用に対する電荷非対称性測定と断面積測定の感受性は、どのように比較できるか？
• RQ2 テバトロンおよびLHCデータから導かれる4フェルミオン演算子の線形結合C¹およびC²に対する95%信頼水準での制約は何か？
• RQ3 ブーストされたトップクォーク対生成領域、特にΛ⁻⁴項が顕著になる高エネルギー領域において、有効演算子アプローチの妥当性はどの程度保たれるか？
• RQ4 電荷非対称性測定で0.5%の精度を達成する13 TeV LHC未来データは、現在のデータよりも tighter な制約をもたらすか？
• RQ5 C¹およびC²を、Λ⁻⁴項が劣勢となるレベルまで制約するには、断面積および非対称性測定にどの程度の精度が必要か？

主な発見

• 有効演算子に対する95%信頼水準での制約は、−0.06 < C¹v²/Λ² < 0.10 および −0.04 < C²v²/Λ² < 0.11 であり、標準模型の予測であるゼロと整合的である。
• LHCにおける電荷非対称性測定は、4フェルミオン相互作用を制約するうえで、断面積測定よりも感受性が強い。
• ブーストされたトップクォーク領域における微分的測定は、感受性を著しく向上させ、高精度データが利用可能であれば、よりきびしい制約が得られる。
• 13 TeV LHCデータに0.5%の電荷非対称性精度を組み込むと、q̄q初期過程の希釈が原因で、現在のLHC8データよりも弱い制約が得られる。
• 有効演算子アプローチがブースト領域でも有効であるためには、|C̄_X| < 0.03 の範囲に制限される必要があり、この領域を探索するには断面積で4%未満、非対称性で0.5%未満の精度が必要となる。