[論文レビュー] Top forward-backward asymmetry in chiral U(1)' models

Pyungwon Ko, Yuji Omura+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、右巻きの上クォークにのみカップリングするレプトフィルのZ'ボソンを有する現実的なキラルU(1)'モデルを提案する。このモデルは、フレーバー依存のヒッグスダブルレットと異常キャンセリングフェルミオンを補完し、Z'とヒッグスボソンの寄与の破壊的干渉を活用してテバトロンのトップクォーク前後方向非対称性を説明する。この干渉により、同一スピンのトップクォーク対生成に対するLHCの厳しい制約を回避する。

ABSTRACT

We construct flavor-dependent chiral U(1)' models with a Z' boson which couples to the right-handed up-type quarks in the standard model (SM). To make the models have realistic renormalizable Yukawa couplings, we introduce new Higgs doublets with nonzero U(1)' charges. Anomaly-free condition can be satisfied by adding extra chiral fermions. We show that these models could analyze the discrepancy between the SM prediction and empirical data in the top forward-backward asymmetry at the Tevatron.

研究の動機と目的

• 標準模型（SM）予測とTevatronデータの長年の不一致（A_FB ≈ 0.21 対 SM 0.072）を解消する。
• U(1)'電荷を有する追加のヒッグスダブルレットを導入することで、再正則化可能なヤコビ係数カップリングを有する現実的なモデルを構築する。
• 追加のカイラルフェルミオンを用いてゲージ異常をキャンセルしつつ、フレーバー依存のカップリングを維持する。
• Z'とヒッグスボソンの干渉が、LHCにおける同一スピントップクォーク対生成をどのように抑制できるかを説明する。
• 実験的制約に反しないトップクォーク系におけるフレーバー変換中性荷電現在のための妥当なフレームワークを提供する。

提案手法

• 右巻きの上クォークのみがU(1)'に電荷を持つキラルU(1)'対称性を仮定する。他のクォークは中性のままとする。
• U(1)'電荷が−u_iである追加のヒッグスダブルレットを導入し、上クォークの再正則化可能なヤコビ係数カップリングを可能にする。
• 二ユニタリ回転行列（R^u）を用いて上クォーク質量行列を対角化し、フレーバー非対角カップリング（g_R^u）_{ij} を得る。
• Z'相互作用ラグランジアンを構築する：𝒟 = g'Z'^μ (g_R^u)_{ij} ū_R^i γ_μ u_R^j。これによりフレーバー変換中性荷電現在が可能になる。
• ヒッグスボソンのヤコビ係数相互作用を含める：𝒟 = −Y_ij^u ū_L^i u_R^j h + iY_ij^a ū_L^i u_R^j a + h.c.。非対角カップリングを有する。
• 追加のフェルミオン（新しいクォーク世代やSU(2)ダブルレット、またはSU(3)トリプレットなど）を用いてゲージ異常をキャンセルする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フレーバー依存のZ'カップリングを有する現実的なキラルU(1)'モデルが、Tevatronのトップクォーク前後方向非対称性を説明できるか？
• RQ2 U(1)'電荷を有する追加のヒッグスダブルレットが、ヤコビ係数カップリングおよびトップクォーク生成の物性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 Z'とヒッグスボソンの寄与の破壊的干渉が、LHCにおける同一スピントップクォーク対生成をどの程度抑制できるか？
• RQ4 TevatronおよびLHCの制約を満たすZ'質量、ヒッグス質量、ヤコビ係数カップリングの妥当なパラメータ領域はどのようなものか？
• RQ5 このようなモデルが、同時にトップクォーク崩壊分岐比の制限とt̄t生成断面積測定値を満たすことができるか？

主な発見

• モデルは、レプトン＋ジェットチャンネルにおいてA_FB ≈ 0.158 ± 0.075のトップ前後方向非対称性を達成し、CDFデータと整合的である。
• Z'とヒッグスボソンの寄与の破壊的干渉により、同一スピントップクォーク対生成断面積がσ(tt) < 17 pbにまで低下し、CMSの制約を満たす。
• 許容されるパラメータ領域は0.005 < α_x < 0.014を要請する。ここでα_x ≡ (g' (g_R^u)_{ut})² / (4π) であり、0.75 < Y_tu < 1.3、0.9 < Y_tu^a < 1.5 が成り立つ。
• ヒッグス質量は180 GeV < m_h < 250 GeVに制限されるが、m_aは180–1000 GeVの範囲で制限されない。
• モデルはY_tu^a ≈ 1.1の顕著なフレーバー変換カップリングを予測し、非Wbモードのトップクォーク崩壊分岐比制限（5%）と整合的である。
• SMのNLO寄与（約7%）は含まれていないため、この項を含めることでモデルの寄与がさらに増幅可能であると示唆している。