[論文レビュー] Search for Low-Scale Technicolor at the Tevatron

Kenneth Lane|ArXiv.org|May 10, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、CDFとDØのRun 1およびRun 2データにおいて110 GeV付近で観測された継続的な約2σの過剰反応に裏付けられ、低スケールのテクニカラーを再検討するよう提言している。具体的には、テクニルーブ（$\rho_T$）とテキニオメガ（$\omega_T$）が $W\pi_T$ および $\gamma\pi_T$ に共鳴崩壊する経路を想定し、$M_{\pi_T} \approx 120$ GeV を持つテクニカラー・ストロウマン・モデル（TCSM）を提示。このモデルは数ピコバーンの断面積を予測し、現在利用可能な1.5 fb⁻¹以上のRun 2データを即座に分析するよう実験グループに要請している。

ABSTRACT

CDF and D0 each have more than 1 inverse femtobarn of data on tape, and their stores are increasing. This should be sufficient to carry out significant searches for low-scale technicolor in rho_T --> W pi_T and omega_T, rho_T --> gamma pi_T, processes whose cross sections may be as large as several picobarns. In this note we motivate and describe the Technicolor Straw Man framework for these processes and we urge that they be sought soon in the Run 2 data. (This paper is a contribution to the TeV4LHC Landscapes project.)

研究の動機と目的

• CDFとDØのRun 1およびRun 2データにおいて観測された110 GeV付近のdi jetおよび$Wjj$質量分布における継続的で約2σの過剰反応を解明し、低スケールのテクニカラーを示唆するものとする。
• これらの過剰反応を$\rho_T$および$\omega_T$共鳴状態が$W\pi_T$および$\gamma\pi_T$に崩壊するものとして解釈できる、明確な理論的枠組み（テクニカラー・ストロウマン・モデル：TCSM）を提示する。
• 現在、1.5 fb⁻¹を超えるRun 2データが利用可能であることを踏まえ、実験共同作業がこれらの特定のテクニカラー崩壊モードを分析するよう要請する。
• 実験的探索を支援し、発見可能性を評価するための、主要なテクニカラー崩壊チャネルの断面積推定値を提供する。

提案手法

• テクニカラー・ストロウマン・モデル（TCSM）を採用し、テクニピオンの崩壊定数を $F_T \sim 246\,{\rm GeV}/\sqrt{N_D}$ と仮定し、$M_{\pi_T} \approx 120\,{\rm GeV}$ とする。$M_{\rho_T} \approx 210\,{\rm GeV}$ および $M_{\omega_T} \approx 200-220\,{\rm GeV}$ とする。
• EHLQパートン分布関数を用い、高次のQCD補正を反映するためのKファクター1.4を適用して、$p\bar{p} \to \rho_T \to W\pi_T$ および $\rho_T \to \gamma\pi_T$ の断面積を計算する。
• $Q_U + Q_D = 5/3$ および $M_V \in [100, 500]\,{\rm GeV}$ を典型的なテクニカラー質量スケールとして仮定し、生成率は $(Q_U + Q_D)^2 / M_V^2$ のようにスケーリングすると仮定する。
• $\rho_T \to W\pi_T$、$Z\pi_T$、$\gamma\pi_T$、$e^+e^-$ 終状態の生成率を評価する。$W\pi_T$ チャネルが開放されている場合、$\gamma\pi_T$ 崩壊は$\omega_T$共鳴によって支配的である。
• $M_V = 100$ および $500\,{\rm GeV}$ の場合、$e^+e^-$ および $\gamma\pi_T$ 終状態のインバリアント質量分布をシミュレートし、$M_{\omega_T} \approx M_{\rho_T}$ のとき干渉効果が顕著になることを示す。
• $b$-タギング効率およびジェット背景抑制を考慮し、$b$-タグ付き $\gamma\pi_T$ モードが $gg \to \pi_T^{0\prime}$ 崩壊によって希釈される可能性を指摘する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 110 GeV付近のdi jetおよび$Wjj$質量スペクトルにおける継続的で約2σの過剰反応は、低スケールのテクニカラー共鳴状態によって説明可能だろうか？
• RQ2 TCSMフレームワーク下で、テバトロンにおける $\rho_T \to W\pi_T$ および $\omega_T \to \gamma\pi_T$ の生成断面積はどの程度になるだろうか？
• RQ3 $\omega_T$–$\rho_T$ 干渉効果および $M_V$ 依存性は、$e^+e^-$ および $\gamma\pi_T$ インバリアント質量分布にどのように影響を与えるだろうか？
• RQ4 WH → $\ell\nu b\bar{b}$ 探索で観測された約110 GeVのdi jet過剰反応（WH断面積が約5 pbに相当）は、$\rho_T$ や $\omega_T$ が $b\bar{b}$ 終状態に崩壊することで説明可能だろうか？
• RQ5 1.5 fb⁻¹を超えるRun 2データが利用可能である現在、テバトロンにおける $\rho_T$ および $\omega_T$ 崩壊の最適な実験的探索戦略は何か？

主な発見

• CDF Run 1データにおいて、$\omega_T \to \gamma\pi_T$（$\pi_T \to b+$ ジェット）の110 GeV付近で観測された約2σの過剰反応は、Run 2データにおいて再現されていないが、十分な統計的精度がある。
• CDF Run 2データは、di jet質量で約110 GeV、$Wjj$質量で約210 GeVの小規模な過剰反応を示しており、$M_{\pi_T} \approx 120\,{\rm GeV}$ および $M_{\rho_T} \approx 230\,{\rm GeV}$ と整合的である。
• 320 pb⁻¹のデータを用いたWH → $\ell\nu b\bar{b}$ 探索では、$M_{jj} \approx 110\,{\rm GeV}$ で2σの過剰反応が観測され、WH断面積が約5 pbに相当するが、これは標準模型予測の約0.1 pbをはるかに上回る。
• DØも、WH → $\ell\nu b\bar{b}$ の$Wjj$ di jet質量スペクトルにおいて110 GeV付近で約2σの過剰反応を観測しており、両実験間で信号の整合性が裏付けられている。
• TCSMは、$\rho_T \to W\pi_T$ および $\omega_T \to \gamma\pi_T$ モードの断面積を数ピコバーン程度に予測しており、$M_V$ および $Q_U + Q_D$ に敏感である。Drell-Yanに類似た断面積には約1.4のKファクターを適用している。
• $M_V = 500\,{\rm GeV}$ の場合、$M_{\omega_T} \approx M_{\rho_T} = 210\,{\rm GeV}$ となると、$\omega_T, \rho_T \to e^+e^-$ の断面積は0.12 pbから0.25 pbに増加し、発見可能性が向上する。