[論文レビュー] The Phenomenology of Single Top Quark Production at the Fermilab Tevatron

Tim M. P. Tait, C.–P. Yuan|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、フェルミラブ・テバトロンにおけるシングルトップクォーク生成を調査し、主な2つのメカニズムに注目する：tチャネルW-グルーオン融合とsチャネルW*交換。両過程が新しい物理学を異なる方法で探査することを示しており、W*は重い電荷を帯びたレゾナント（例：W′）に敏感である一方、W-グルーオン融合はトップクォークの結合定数の変更、特にフレーバー変換を伴う中性荷重粒子相互作用に敏感である。著者らは、CKM行列要素V_{tb}の測定における信頼性を評価するための診断ツールとして、R = σ_Wg / σ_W* の比を提案する。

ABSTRACT

Single top quark production at the Fermilab Tevatron Run II (a p \bar{p} collider with \sqrt{S} = 2 TeV) proceeds dominantly via two sub-processes, a t-channel W-gluon fusion process, and an s-channel W^* process. We show that these two sub-processes have different sensitivities to new physics effects in the top quark's electro-weak interactions. The W^* process is sensitive to new heavy charged resonances, such as a W' boson, while the W-gluon fusion process is more sensitive to modifications to the top's interaction, including flavor-changing neutral currents involving the top quark. We examine the implications of these results on our ability to measure V_{tb} with confidence, and propose a quantity R = σ_{Wg} / σ_{W^*}, which may be studied in order to characterize the confidence one may place upon a given measurement of V_{tb} from single top production.

研究の動機と目的

• フェルミラブ・テバトロンRun II期におけるシングルトップクォーク生成の主な生成メカニズムを分析すること。
• これらの生成チャネルがトップクォーク電弱相互作用における新しい物理学効果に対してどのように感度を示すかを評価すること。
• シングルトップ生成からのCKM行列要素V_{tb}の測定の信頼性を評価すること。
• V_{tb}の測定信頼度を診断するための測定可能な比R = σ_Wg / σ_W* を提案すること。

提案手法

• √S = 2 TeVにおけるtチャネルW-グルーオン融合およびsチャネルW*交換プロセスによるシングルトップクォーク生成のモデル化。
• 量子場理論およびQCD補正を用いて両サブ過程の断面積を計算すること。
• トップクォーク結合定数の変更を引き起こす有効場理論オペレーターを導入することで、新しい物理学への感受性を評価すること。
• 架空の重い電荷を帯びたレゾナント（例：W′）がW*プロセスに与える影響を評価すること。
• 有効相互作用を通じてトップクォークを含むフレーバー変換を伴う中性荷重粒子相互作用を分析すること。
• V_{tb}測定の信頼性を調べるためのプローブとして、比R = σ_Wg / σ_W* を定義し、分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 tチャネルW-グルーオン融合とsチャネルW*プロセスは、トップクォーク電弱相互作用における新しい物理学に対してどのように感度が異なるか？
• RQ2 W*プロセスは、W′ボソンのような重い電荷を帯びたレゾナントの存在をどの程度検出可能か？
• RQ3 W-グルーオン融合プロセスは、フレーバー変換を伴う中性荷重粒子相互作用を含むトップクォークの相互作用の変更に対して、どのように感度を示すか？
• RQ4 比R = σ_Wg / σ_W* は、シングルトップ生成からのV_{tb}測定の信頼性をどのように反映するか？
• RQ5 これらの2つのサブ過程の相対断面積は、標準模型を超える新しい物理学を特定するための診断ツールとして機能できるか？

主な発見

• sチャネルW*プロセスは、仮想的W*交換に依存するため、重い電荷を帯びたレゾナント（例：W′ボソン）に感受性を示す。
• tチャネルW-グルーオン融合プロセスは、フレーバー変換を伴う中性荷重粒子相互作用を含むトップクォーク結合定数の変更に対してより感受性を示す。
• 比R = σ_Wg / σ_W* は、シングルトップ生成からのV_{tb}測定における信頼性を反映する測定可能な量である。
• 本論文は、V_{tb}の測定がモデル依存であることを確立し、Rが新しい物理学効果と標準模型寄与を区別するのを助ける可能性があることを示している。
• 断面積比Rは、新しい物理学およびトップクォーク結合定数の変更の両方に感受性を示すと予測されており、将来的な実験における価値ある観測量である。