[論文レビュー] CPT violation in the top sector

José A. R. Cembranos, Arvind Rajaraman+1 more|ArXiv.org|Dec 1, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、将来の衝突加速器におけるトップクォーク系でのCPT対称性の破れを、トップ反トップ対生成を通じて調査する。CPT対称性の破れをトップクォークと反トップクォークの質量差を通じて定量化するモデルに依存しないパラメータ $ R_{CPT}(t) $ を提案し、レプトン＋ジェットチャンネルにおけるLHCの結果が、現在のテバトロンの制約をほぼ1桁改善でき、95%信頼水準で $ |R_{CPT}(t)| \simeq 0.014 $ の感度に達する可能性がある。

ABSTRACT

We study the viability of observation of CPT violation in the top sector at future colliders. We show possible studies and different estimates for hadronic and linear colliders. In particular, we will present current constraints for Tevatron and prospects for the LHC and the ILC.

研究の動機と目的

• 将来のハドロン型および線形衝突加速器におけるトップクォーク系におけるCPT対称性の破れの検出可能性を評価すること。
• トップクォークと反トップクォークの質量差を通じてCPT対称性の破れを定量化するモデルに依存しないパラメータ $ R_{CPT}(t) $ を確立すること。
• テバトロンからの現在の制約と、LHCおよび国際線形衝突加速器（ILC）における将来の感度を評価すること。
• トップクォーク対生成におけるCPT対称性の破れを調べるのに最も感度の高い実験的チャンネルを同定すること。
• 異なる衝突加速器タイプにおける統計的誤差と系統的誤差の比較を通じて、将来のトップ系における高精度測定をガイドすること。

提案手法

• 二重レプトンおよびレプトン＋ジェットチャンネルにおけるトップクォークと反トップクォークの崩壊生成物のインバリアント質量再構成を用いて、質量分裂を検出する。
• CPT対称性の破れを定量化するためのパラメータ $ R_{CPT}(t) = 2(m_t - m_{\bar{t}})/(m_t + m_{\bar{t}}) $ を適用する。
• 統計的および系統的誤差を慎重に組み合わせた保守的な見積もりに基づき、テバトロンのCDFおよびD0データを用いて現在の制約を推定する。ここで、$ m_t = m_{\bar{t}} = 163 \pm 2 \text{ (stat.)} \pm 9 \text{ (syst.)} $ GeV の単一ピークを仮定する。
• LHCの感度を予測する際、トップ質量測定における期待される統計的誤差を0.9 GeV、系統的誤差を2 GeVと仮定する。
• 系統的誤差の低減と統計的精度の向上を考慮したILCの感度を評価するが、主に系統的誤差が支配的であるため、LHCに比べて感度向上は限定的である。
• 二重レプトンチャンネルとレプトン＋ジェットチャンネルを比較し、信号対雑音比の優位性と誤差制御の良さから、後者を好む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来のハドロン型および線形衝突加速器におけるトップクォーク系のCPT対称性の破れは、トップ反トップ対生成を用いて探査可能か？
• RQ2 テバトロンのデータから $ R_{CPT}(t) $ に対する現在の実験的制約は何か？
• RQ3 二重レプトンチャンネルとレプトン＋ジェットチャンネルのどちらが、トップクォーク対生成におけるCPT対称性の破れに対して高い感度を示すか？
• RQ4 LHCは、テバトロンの制約に比べて $ R_{CPT}(t) $ の制約をどの程度改善できるか？
• RQ5 期待される精度を考慮した場合、ILCはトップ系におけるCPT対称性の破れの感度をどの程度向上できるか？

主な発見

• テバトロンからの現在の制約は、統計的および系統的誤差を慎重に組み合わせた保守的な見積もりに基づき、95%信頼水準で $ |R_{CPT}(t)| < 0.13 $ である。
• レプトン＋ジェットチャンネルは二重レプトンチャンネルよりも強い制約を与える。CDFおよびD0データを統合した結果、$ R_{CPT}(t) < 9.2 \times 10^{-2} $ が得られた。
• LHCは、レプトン＋ジェットチャンネルにおいて95%信頼水準で $ |R_{CPT}(t)| \simeq 0.014 $ の感度に達すると予想され、テバトロンの制約に比べてほぼ1桁の改善となる。
• LHCの向上した感度は、質量差 $ m_t - m_{\bar{t}} \simeq 2.4 $ GeV に相当する。
• ILCは統計的精度が優れているが、系統的誤差が支配的であり、結果としてLHCに比べてCPT対称性の破れに対する感度向上は限定的である。
• ILCにおけるスキャン閾値解析は、トップクォーク質量に対しては高い感度を示すが、CPT対称性の破れの検出にはあまり有望ではない。