[論文レビュー] The ttbar asymmetry in the Standard Model and beyond

Germán Rodrigo|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、標準模型（SM）およびその先の理論におけるトップクォーク対電荷非対称性をレビューし、Tevatronの測定値とSM予測との間に見られる持続的な3–3.4σの過剰現象を分析している。新しい観測量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ を導入し、$ t\bar{t} $ の横運動量カットの影響を評価した結果、現在のLHCデータはSM予測と1σの不一致を示しているが、新しい物理モデルはLHCの結果によってますます制約を受けている。

ABSTRACT

A sizable charge asymmetry in top quark pair production has been observed at the Tevatron. The experimental results seem to exceed systematically the Standard Model theory predictions by a significant amount and have triggered a large number of suggestions for 'new physics'. The effect is also visible at the LHC, and preliminary results have already been presented by the ATLAS and CMS collaborations. In this talk, we review the present status of the theoretical predictions, and their comparison with the experimental measurements.

研究の動機と目的

• Tevatronでのトップクォーク電荷非対称性の測定値とSM予測との間の持続的で不一致について評価すること。この不一致は3–3.4σの過剰を示している。
• TevatronおよびLHCの両方で使用可能な、トップおよびアンチトップクォークの平均ラピディティを基準とした電荷非対称性を測定する新しい観測量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ を導入し、その妥当性を検証すること。
• $ t\bar{t} $ の横運動量カットが観測された非対称性の不一致を説明できるかを評価すること。
• LHCの測定値がSM予測と整合するかを検討し、Tevatronの異常を説明するために提案された新しい物理モデルの妥当性を評価すること。
• CDF、D0、ATLAS、CMSの最新データを踏まえて、実験結果とSM予測との間の不一致の程度を更新すること。

提案手法

• QCD補正を用いたSMにおけるトップクォーク電荷非対称性の理論的計算を行い、ボーン振幅と反対称的1ループ補正の干渉に注目する。
• 吸収的寄与を表すカット図（図1）を用い、$ d_{abc}^2 = 40/3 $ の色因子の役割を強調する。
• $ A_{t\bar{t}}(Y) $ を導入し、$ t\bar{t} $ 対の平均ラピディティを基準としたラピディティベースの非対称性測定を定義することで、加速器間での比較を標準化する。
• $ t\bar{t} $ の横運動量 $ p_\perp^{t\bar{t}} $ カットが非対称性に与える影響を分析し、$ p_\perp^{t\bar{t}} $ 分布の誤ったモデル化や対数補正の可能性を検討する。
• CDF、D0、ATLAS、CMSの実験データと理論的予測を比較し、2012年LHCランの最新結果を含む。
• 高次のQCD補正（NLL、NNLL）の影響を評価し、一次近似の非対称性予測に顕著な影響がないことを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatronで観測されたトップクォーク電荷非対称性の過剰は、SM予測を上回っており、その程度はどのくらいか？
• RQ2 $ t\bar{t} $ の横運動量分布が観測された非対称性の不一致を説明できるか？
• RQ3 新しい観測量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ は、TevatronとLHCの非対称性測定値の比較をどのように改善するか？
• RQ4 現在のLHC測定値とSM予測との間の非対称性に関する不一致の程度はどのくらいか？
• RQ5 最近のLHC結果は、Tevatronの異常を説明するために提案されたモデルのパrameter空間をどの程度制約しているか？

主な発見

• Tevatronの実験であるCDFとD0は、SM予測を上回る持続的な正の電荷非対称性の過剰を観測しており、高 $ m_{t\bar{t}} $ 領域では3.4σの有意性を示したが、更新されたCDF解析では3σ未満に低下した。
• ATLASおよびCMSによるLHC測定では、中央値がSM予測を下回っており、SM予測と1σの不一致を示しているが、実験誤差は依然として大きい。
• 新しい観測量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ は、加速器間での非対称性比較を統一的に行うフレームワークを提供し、理論的予測が実験データと不確かさの範囲内で一致している。
• 理論的分析により、NLLおよびNNLL補正が一次近似のSM予測に対して顕著な影響を及ぼさないことが確認された。
• $ t\bar{t} $ の横運動量カットは、$ p_\perp^{t\bar{t}} $ 分布の誤ったモデル化や大きな対数補正の可能性があるため、非対称性推定値に影響を与える可能性があり、さらなる研究が求められる。
• LHCの結果、特に同一符号トップ生成や $ t\bar{t} $+ジェット測定は、Tevatronの異常を説明するために提案された新しい物理モデルのパrameter空間をますます制約している。