[論文レビュー] Overview of models for the t tbar asymmetry

J. A. Aguilar–Saavedra|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、テバトロンで観測された異常な前向き・後向きtopクォーク対生成の非対称性を説明するために提唱されたモデルをレビューし、標準模型を超える新しい物理を焦点とする。LHCのデータを用いてその妥当性を評価し、特に軽い色付き八重項グルーオンが、大きな断面積の増幅を伴わずに一貫した説明を提供することを強調している。一方、重い$Z'$や$W'$ボソンは、高質量$t\bar{t}$尾部のLHC測定結果によって制約を受ける。

ABSTRACT

We review the most popular models proposed to explain the anomalous forward-backward asymmetry in t tbar production at the Tevatron. We discuss their viability in view of recent LHC data. We summarise their predictions for charge asymmetries at the LHC.

研究の動機と目的

• テバトロンで観測された異常な$t\bar{t}$前向き・後向き非対称性を説明するために提唱された理論的モデルをレビュー・分類すること。
• 特に$t\bar{t}$インvariant質量分布および全断面積に関して、最近のLHCデータを踏まえたこれらのモデルの妥当性を評価すること。
• さまざまな新しい物理モデルにおけるLHCでの電荷非対称性を予測すること、特に$m_{t\bar{t}}$依存性に注目すること。
• 運動量的カットと4トップ生成が、モデル間の区別にどのように役立つかを検討すること。
• 摂動的安定性およびジジェット探索の制約を、重い$Z'$や$W'$ボソンを伴うモデルに適用すること。

提案手法

• 新しい物理モデルを、$\mathrm{SU}(3)_C \times \mathrm{SU}(2)_L \times \mathrm{U}(1)_Y$の下でのゲージ量子数に基づいて分類し、$q\bar{q} \to t\bar{t}$過程で交換されるベクトルおよびスカラー粒子に注目する。
• 全断面積が標準模型と一致するかどうかを判断するために、干渉項と2次項の寄与を分析する。
• $t\bar{t}$インvariant質量カットが、特に軽いまたは重い新しい粒子を伴うモデルにおける電荷非対称性に与える影響を評価する。
• 非対称性の強化を図り、モデルの区別を容易にするために、角度$\theta$および速度$\beta$に関する運動量的カットを検討する。
• 軽い色付き八重項グルーオンを伴うモデルでは、4トップ生成が決定的兆候となることを検討し、非対称性を説明するために必要な大きなtopクォーク結合を必要とする。
• LHCデータ、特に高質量$t\bar{t}$の増幅が観測されなかったことと照らし合わせて、モデルの予測を比較し、パラメータ空間を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重い$Z'$や$W'$ボソンを伴うモデルは、$m_{t\bar{t}} > 1$ TeVにおける$t\bar{t}$断面積が標準模型予測の50%以内に収まる場合、LHCデータと整合することができるか？
• RQ2 LHCで高質量$t\bar{t}$の増幅が観測されなかったことは、新しいベクトルボソンを伴うモデルにどのような意味を持つのか？
• RQ3 軽い色付き八重項グルーオンは、高質量領域での断面積増幅が大きくないため、LHCの制約に反しない形でテバトロンの非対称性を説明できるのか？
• RQ4 $\beta$および$\theta$に関する運動量的カットは、電荷非対称性をどの程度強化でき、LHCでのモデル区別をどの程度向上できるのか？
• RQ5 4トップ生成は、$t\bar{t}$最終状態に軽いグルーオンを伴うモデルの決定的兆候として機能するのか？

主な発見

• 重い$Z'$や$W'$ボソンを伴うモデルは、$m_{t\bar{t}} > 1$ TeVにおける$t\bar{t}$断面積が標準模型予測の50%以内に収まる場合、2次項と干渉項の間で大きなキャンセレーションが必要となるため、除外される。
• TeVスケール未満の軽い色付き八重項グルーオンは、高$m_{t\bar{t}}$領域での断面積増幅が大きくないため、現在のLHC制約のもとで妥当な説明を提供できる。
• $m_{t\bar{t}}$依存の電荷非対称性は、極めて重要な観測量である。軽いグルーオンを伴うモデルは、標準模型の期待とは異なる非自明なプロファイルを生じる可能性がある。
• 4トップ生成は、軽いグルーオンモデルの決定的兆候である。非対称性を説明するために必要な結合定数では、LHCで観測可能な断面積が得られる可能性がある。
• $\beta$および$\theta$に関する運動量的カットは、特に$t$チャネルモデルにおいて電荷非対称性を強化でき、$m_{t\bar{t}}$依存性と組み合わせることでモデルの区別を向上できる。
• LHCで高質量$t\bar{t}$のピークが観測されなかったことは、重い色八重項ベクトルボソンを伴うモデルを不利益にしている。ただし、幅が大きく、または質量が閾値未満である場合には例外となる。