[論文レビュー] Cross Section for Topcolor Z' decaying to top-antitop

R. M. Harris, Christopher T. Hill+1 more|ArXiv.org|Nov 9, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 31

ひとこと要約

この論文は、√s = 1.8 TeVにおける陽子-陽陽子衝突において、トップカラーヘルプドZ′ボソンがトップ-アンチトップクォーク対に崩壊する生成断面積を計算している。4つのZ′_tモデルを提示しており、モデルIVが最大の断面積を示しており、900 GeVで最大121 pbに達する。これはテバトロンにおいて観測可能である可能性があり、特にレプトンを避ける性質とトップクォークに強く結合する性質を持つため、t\bar{t}崩壊チャンネルで顕著である。

ABSTRACT

We present a calculation of the cross section for the process p pbar -> Zt' -> t tbar, the production of a Topcolor Z' with subsequent decay to top quark pairs in proton anti-proton collisions at 1.8 TeV. Variations of the cross section with varying assumptions about the model, the resonance width, the parton distributions and the renormalization scale are presented.

研究の動機と目的

• フェルミラブ・テバトロンにおけるトップカラーモデルで、p̄p → Z′_t → t\bar{t}の断面積を計算すること。
• Z′_tの幅、パートン分布関数、および規格化スケールの変化に伴う断面積の感度を調査すること。
• 4つの異なるZ′_tモデル（I–IV）を評価し、モデルIVでは新規のレプトンを避ける性質でトップクォークに強く結合するZ′_tを含む。
• 以前のCDF予備結果を上回る、最新の断面積予測を提供すること。
• 現在のテバトロンデータにおいて、Z′_tの観測または除外可能性を評価すること、特にt\bar{t}最終状態において。

提案手法

• 初期状態および最終状態のスピンおよび色の平均化された行列要素を用いた最低位のQCD計算を採用。
• Z′_tと第三世代クォークおよびレプトンの結合を特徴づける相互作用ラグランジアンを適用し、モデル固有のハイパーチャージ割り当てを実施。
• CTEQ4Lパートン分布関数と規格化スケールμ = m_{t\bar{t}}/2を用いて全断面積を計算。
• Z′_tの幅Γを0.01Mから0.05Mまで変化させ、幅依存性を検証。結果はΓ = 0.02Mに正規化。
• モデルI（標準的Z′_t）、IIおよびIII（結合定数を変更）、およびIV（レプトンを避ける性質でトップクォークに強く結合するZ′_t）の4つのモデル間で断面積を比較。
• パートン分布関数（CTEQ2L, CTEQ2′L, CTEQ3L, DO1.1, GRVLO）および規格化スケール（μ = m/4, m, m/2）の系統的変動を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロン加速器における√s = 1.8 TeVの衝突で、トップカラーヘルプドZ′_tがt\bar{t}に崩壊する生成断面積は何か？
• RQ2 断面積はZ′_tの幅にどのように依存するか？また、モデル間でその依存性に差があるか？
• RQ3 断面積はパートン分布関数および規格化スケールの選択にどれほど感度を示すか？
• RQ4 モデルIVのレプトンを避ける性質でトップクォークに強く結合するZ′_tは、テバトロンにおけるt\bar{t}崩壊チャンネルで観測可能か？
• RQ5 最新の断面積は、以前のCDF予備結果と比較してどのように異なるか？また、既存の制約を改善できるか？

主な発見

• モデルIV（レプトンを避ける性質でトップクォークに強く結合するZ′_t）は、最大断面積を示しており、900 GeVで121 pbに達する。これはt\bar{t}チャンネルにおいて最も観測されやすい。
• モデルIでは、断面積がZ′_tの幅にほぼ逆比例し、Γ = 0.02Mのとき400 GeVで1.34 pbの値を示す。
• モデルII、III、IVでは、断面積が幅にほぼ比例し、幅が大きくなるに従い増加する。
• モデルIVの断面積は400 GeVで100 pb以上であり、900 GeVまで10 pbを超えるため、強力な発見可能性を示す。
• パートン分布関数の変更により、CTEQ4Lと比較して断面積に最大約20%の差が生じる。CTEQ4Lは保守的な選択である。
• 規格化スケールの変動（μ = m/4 から m）により、断面積は最大約30%変化し、中程度の理論的不確実性を示す。