[論文レビュー] Special features of heavy quark-antiquark pair production ratios at LHC

Matteo Beccaria, F. M. Renard+1 more|ArXiv.org|May 5, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、LHCにおける底クォーク-反底クォーク対とトップクォーク-反トップクォーク対の生成断面積比を、支配的であるQCDの理論的不確実性を抑制しつつ電弱ヤコビ効果を強調する理論的に頑健な観測量として提案する。特に超対称的シナリオにおいて、この比は測定可能でtanβに依存する効果（最大±10％）を示し、数パーセントの実験的精度で検出可能である。これは、標準模型を越えた仮想超対称的貢献を明確に探る手段となる。

ABSTRACT

We consider the ratio of the cross section of production of heavy bottom-antibottom pairs ($σ_{b\bar b}$) to the cross section of production of top-antitop pairs ($σ_{t\bar t}$) at LHC. We show that in this ratio a major fraction of virtual contributions (including QCD components) disappears, leaving a residual dominant electroweak Yukawa effect that might be strongly enhanced in the presence of supersymmetry. A quantitative numerical analysis of the size of the effect is also performed under the assumption of a relatively light supersymmetric scenario.

研究の動機と目的

• 精密測定における支配的であるQCD理論的不確実性を最小限に抑えるLHCにおける理論的観測量を同定すること。
• 重クォーク-反重クォーク対生成断面積比が、高次のQCD補正に埋もれがちな電弱超対称的効果を強調できるかどうかを検討すること。
• 実験的系統誤差が部分的に相殺される比観測量を通じて、仮想超対称的貢献の検出可能性を評価すること。
• 比 $ R_{b,t}(s) $ がQCD仮想補正が抑制された後でも、顕著でtanβに依存する電弱ヤコビ効果を保持していることを示すこと。

提案手法

• 本稿では、比 $ R_{b,t}(s) = \frac{d\sigma(PP \to b\bar{b} + \dots)/ds}{d\sigma(PP \to t\bar{t} + \dots)/ds} $ を定義し、底クォーク対とトップクォーク対の不変質量分布を比較する。
• パートン分布関数とランクニティ関数を用いて断面積を計算し、LHCエネルギーにおける主要な過程がグルーオン-グルーオン過程であることに注目する。
• 理論的計算にはQCDおよび電弱補正を含め、特にMSSMにおける$ \tan\beta $に依存するヤコビ型貢献に焦点を当てる。
• QCD補正を除き、クォーク-反クォーク初期状態からの電弱補正（ヤコビ項を含む）のみを保持することで、電弱信号を明確に分離する。
• 数値計算は $ \sqrt{s} = 0.7 $ および 1 TeV、$ p_{T,\text{min}} = 10 $ GeV、$ m_t = 173.8 $ GeV、$ m_b = 4.25 $ GeV の条件下で実施する。
• グルーオン-グルーオン支配の近似と、クォーク-反クォーク初期状態とその電弱補正を含むより包括的な取り扱いの両方で結果を比較し、主要な効果が一貫していることを示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける底-反底クォーク対とトップ-反トップクォーク対の生成断面積比は、支配的であるQCD理論的不確実性を抑制しつつ、電弱ヤコビ効果を強調できるか？
• RQ2 超対称的シナリオにおいて、この比への電弱ヤコビ貢献は $ \tan\beta $ にどのように依存するか？
• RQ3 この比において、実験的系統誤差はどの程度相殺され、仮想超対称的効果への感度が向上するか？
• RQ4 クォーク-反クォーク初期状態と電弱補正を含めた場合、グルーオン-グルーオン支配の近似で観測された主要なヤコビ効果の大きさと符号は変化するか？
• RQ5 この比は、数パーセントの実験的精度で、仮想超対称的貢献を明確に探るための有効なプローブとして機能できるか？

主な発見

• 比 $ R_{b,t}(s) $ は、仮想QCD寄与の大部分を抑制し、超対称性に敏感な支配的残存電弱ヤコビ効果を残す。
• この比におけるヤコビ効果は、$ \tan\beta \sim 10 $ の小値では約+10％、$ \tan\beta \sim 50 $ の大値では-5％の間を振動し、顕著で測定可能な信号を示す。
• グルーオン-グルーオン支配の近似と、クォーク-反クォーク初期状態とその電弱補正を含むより包括的な取り扱いとを比較しても、この効果は頑健でほぼ同一のままである。
• 比においてQCD由来の理論的不確実性が顕著に低減され、仮想超対称的貢献の検出に有望な観測量となる。
• 数パーセントの実験的精度で、この比に顕著な電弱効果が解像可能であり、超対称性の専用探索が可能になる。
• 理論的および実験的不確実性の一般化された相殺メカニズムは、使用した簡略化モデルを超えたより複雑な超対称的シナリオにおいても成立すると予想される。