[論文レビュー] Measuring anomalous $Wtb$ couplings at $e^-p$ collider

Sukanta Dutta, Ashok Goyal+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、e⁻p衝突によるシングルトップクォーク生成における異常なWtb結合のLHeCへの感受性を調査する。部分素粒子レベルのモンテカルロシミュレーションと運動量観測量の包括的共分散行列解析を用い、95%信頼水準で左巻きのベクトル結合定数は1%未塔の精度（〜10⁻³）で測定可能であることを示している。一方、右巻きのベクトルおよびテンソル結合定数は10⁻¹〜10⁻²のレベルで探査可能であり、LHCおよびB物理学実験からの既存の制限を著しく上回る。

ABSTRACT

We study the accuracy with which the lowest order $CP$ conserving anomalous $Wtb$ couplings in the single top quark production at the proposed large hadron electron collider (LHeC) can be probed. The one dimensional distribution of various kinematic observables at the parton level MC and their asymmetries arising due to the presence of anomalous couplings both in the hadronic and leptonic $W$ decay is examined. \par We find that at 95 \% C.L. the anomalous coupling associated with the left handed vector current can be measured at an accuracy of the order of $\sim 10^{-2}-10^{-3}$, while those associated with the right handed vector and left as well as right handed tensor currents have sensitivity at the order of $\sim 10^{-1}-10^{-2}$ for the systematic uncertainty varying between 10\%-1\% at an integrated luminosity of 100 fb$^{-1}$. A comprehensive analysis of the combined covariance matrix derived from all one dimensional distributions of kinematical observables is used to compute the errors in anomalous couplings.

研究の動機と目的

• e⁻p衝突によるシングルトップクォーク生成におけるLHeCの異常なWtb結合への感受性を評価すること。
• LHeCにおけるCP保存型の異常結合定数（ベクトルおよびテンソルカレント）がどの程度の精度で測定可能かを数量化すること。
• LHeCの予想される制限を、LHC、電弱精度データ、およびB中間子崩壊からの既存の制限と比較すること。
• ハドロン的およびレプトン的W崩壊における運動量分布および非対称性を用いて、異常結合定数への感受性を抽出すること。
• すべての一様次元運動量観測量からの共分散行列を統合して、誤差推定を堅牢に行うこと。

提案手法

• LHeCにおけるe⁻p衝突で、Ep = 7 TeVおよびEe = 60 GeVの条件でシングル反トップクォーク生成をシミュレートする。
• 部分素粒子レベルのモンテカルロシミュレーションを用いて、最終状態粒子の運動量分布を生成する。
• 生成およびW崩壊頂点における異常なWtb結合に起因するこれらの分布の非対称性を解析する。
• すべての一様次元運動量観測量からの共分散行列を構築し、異常結合定数の統計的誤差を計算する。
• 有効場理論フレームワークを用いて、異常結合定数fiを次元6のオペレーターOtWおよびObWに関連づけ、fiの制限をCtW/Λ²の制限に変換する。
• 95%信頼水準（C.L.）区間を適用して、異常結合定数の大きさに対する上限を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 e⁻p衝突におけるシングルトップクォーク生成において、LHeCの異常なWtb結合への感受性はどの程度か？
• RQ2 ハドロン的およびレプトン的W崩壊における運動量分布および非対称性は、異常結合定数への感受性をどのように向上させるか？
• RQ3 統合光度100 fb⁻¹における95% C.L.の上限は、f₁ᴸ、f₁ᴿ、f₂ᴸ、f₂ᴿの異常結合定数に対してどのようになるか？
• RQ4 LHeCの制限は、LHC、B物理学、および電弱精度データからの既存の制限と比較してどうなるか？
• RQ5 LHeC測定から得られる次元6オペレーター係数CtW/Λ²の対応する上限は何か？

主な発見

• 95% C.L.において、左巻きのベクトルカレント結合定数f₁ᴸは、1%の系統的不確実性のもとで約10⁻³のオーダーの精度で探査可能である。
• 右巻きのベクトルおよび左/右巻きのテンソル結合定数は、系統的不確実性および崩壊モードに応じて10⁻¹〜10⁻²のレベルで制限される。
• ハドロン的W崩壊モードでは、|f₂ᴿ|の上限は95% C.L.で約0.011であるが、レプトン的モードでは約0.01である。
• LHeCは、次元6オペレーター係数|CtW/Λ²|の上限を≤0.13 TeV⁻²まで改善可能であり、現在のLHCの制限を上回る。
• LHeCの予想される感受性は、B中間子崩壊および電弱精度データからの既存の制限を上回っており、特にf₂ᴸに対しては約10⁻²の精度に達する。
• LHCと比較して、LHeCは著しく高い精度を提供し、f₁ᴸに対しては10⁻³オーダー、他の結合定数に対しては10⁻²オーダーの感受性を有する。特に系統的不確実性が1%以下の場合に顕著である。