[論文レビュー] Possible Common Origin of the Top Forward-backward Asymmetry and the CDF Dijet Resonance

Dong‐Won Jung, Pyungwon Ko+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、CDFの120–160 GeVにおけるジジェット共鳴状態とテバトロンにおけるトップクォークの前後方向非対称性を同時に説明するため、1つの中性色スリムなベクトルボソンを提案する。このモデルは、特に右巻きトップクォークの結合と、フレーバー破れ相互作用を含む、明確なチャイラル構造とフレーバー構造を特定し、両方の異常を同時に説得的に説明可能である。トップのFB非対称性は、フレーバー破れ結合に敏感なtチャネル図式に支配されており、その特徴を示す。

ABSTRACT

A color-singlet neutral vector boson is considered as a possible common origin of the top forward-backward asymmetry and the CDF dijet resonance. We identify chiral and flavor structures of the couplings of this new vector boson to the standard model quarks for which one could accommodate both data. We also demonstrate that non-vanishing observables involving longitudinal top polarizations can provide useful criteria for the possible existence of parity violating new physics in the q q^bar -> t t^bar process, and discrimination between the flavor-conserving and flavor-violating cases.

研究の動機と目的

• 1つの新しい物理粒子が、CDFのジジェット共鳴状態とトップクォークの前後方向非対称性の両方を説明できるかどうかを調査すること。
• 新しい中性ベクトルボソンとクォークの間の結合のチャイラル構造およびフレーバー構造を特定し、両方の実験的異常を同時に再現可能な条件を同定すること。
• 縦方向のトップクォークスピンの観測量が、トップクォーク対生成におけるフレーバー保存型とフレーバー破れ型の新しい物理を区別する手がかりとなる仕組みを調査すること。
• 既存のLHCおよびテバトロンの制約、特にUA2とD0の結果を踏まえた、提案モデルの妥当性を評価すること。
• 将来のモデル構築およびレプトファビュ・軽量・色スリムなベクトルボソンのコライダー探索のための素描的基盤を提供すること。

提案手法

• フレーバー保存型およびフレーバー破れ型のクォークへの結合を有する、色スリムな中性ベクトルボソン $V_\mu$ を、モデルに依存しない有効ラグランジアンによって導入する。
• $p\bar{p} \to WV$ および $t\bar{t}$ 生産の主要項の部分素片断面積を用い、tチャネルおよびsチャネルの図式による干渉効果を含める。
• パートン分布関数と運動学的制約を適用し、テバトロンにおける $WV$ および $t\bar{t}$ 生産断面積を計算する。
• UA2による $g^{u,d}_{R}$ の制限と、D0による $\sigma(p\bar{p} \to W^\pm V)$ の上限を適用し、有効な結合パラメータ領域を制限する。
• フレーバー保存型とフレーバー破れ型の両状況において、トップの前後方向非対称性が $g^{t}_{R}$ および $\tilde{g}^{t}_{R}$ に依存する様子を分析する。
• LHCにおけるシグネチャを評価し、$\sigma(pp \to W^\pm V) \sim 22-24$ pb（7 TeV時）の予測を得ることで、モデルの区別に寄与する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つの中性ベクトルボソンが、CDFのジジェット共鳴状態とトップクォークの前後方向非対称性の両方を説明できるか？
• RQ2 両方の異常を同時に説明するための結合のチャイラル構造およびフレーバー構造は何か？
• RQ3 縦方向のトップクォークスピンとスピンスピン相関が、フレーバー保存型とフレーバー破れ型の新しい物理を区別する手がかりとなるか？
• RQ4 既存のテバトロンおよびLHCデータから、許容される結合パラメータに課される制約は何か？
• RQ5 フレーバー保存型とフレーバー破れ型の両状況において、LHCにおける生成断面積はどのように比較されるか？

主な発見

• フレーバー保存型解では、$g^{t}_{R} \sim 0.67-1.4$ および $g^{u}_{R} \sim 0.25$ または $g^{d}_{R} \sim 0.6$ の条件下で、右巻き結合の支配的寄与により、$WV$ 断面積とは独立にトップのFB非対称性を説明可能である。
• フレーバー破れ型解では、$\tilde{g}^{t}_{R} \sim 0.5$ および $g^{u}_{L} = -g^{d}_{L} \sim 0.064-0.13$ または $g^{u}_{L} \sim 0.12-0.24$ の条件下で、ジジェット共鳴状態（$\sigma \sim 1-4$ pb）とFB非対称性の両方を同時に説明可能である。
• フレーバー破れ型の状況では、tチャネル図式がトップクォーク対生成を支配するため、非対称性は主に $\tilde{g}^{t}_{R}$ に依存し、$WV$ 断面積とは独立に評価可能である。
• $WV$ 断面積は $g^{u}_{L}$ および $g^{d}_{L}$ に依存し、$m_V = 150$ GeV および $g^{u}_{L}, g^{d}_{L} \sim 0.12-0.24$ 時に $\sigma(p\bar{p} \to W^\pm V) \sim 1-4$ pb の値が達成可能である。
• フレーバー破れ型解で $\tilde{g}^{t}_{R} \sim 0.5$ は、LHCの制約（95%信頼区間）により除外される。これは $m_V = 150$ GeV 時に $\tilde{g}^{t}_{R} \lesssim 0.4$ と制限されることを意味する。
• LHCにおける $pp \to W^\pm V$ の生成断面積は、フレーバー保存型で $\sim 22$ pb、フレーバー破れ型で $\sim 24$ pb（7 TeV時）と予測され、将来的な発見または除外に重要なシグネチャを提供する。