[論文レビュー] Top-Quark Forward-Backward Symmetry

Susanne Westhoff|arXiv (Cornell University)|May 23, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、アナルティックなフレーバー構造を持つランダル＝スンズムモデルがテバトロンにおける観測されたトップクォークの前向き・後向き非対称性を説明できるかを調査する。トップクォークがカーラツァ＝クライングルーオンに強くカップルするにもかかわらず、木レベルの非対称性は軽いクォークがバルクに局在することによって抑制される。次に高い順序（NLO）補正はこの抑制を部分的に解消するが、対称的寄与によって過剰に補われ、結果として標準模型予測より非対称性が小さくなる。このため、このフレームワーク内では非対称性を増幅することは不可能である。

ABSTRACT

Top-quark pair production at the Tevatron is discussed within the Randall-Sundrum model of warped extra dimensions. Generically, the exchange of massive Kaluza-Klein gluons has the potential to generate a large forward-backward asymmetry. In models with an anarchic flavor structure, however, their coupling to the light quarks inside the proton is strongly suppressed. The consequent suppression of the asymmetry at tree level is lifted at next-to-leading order. Still, it is not possible to increase the forward-backward asymmetry with respect to the Standard-Model prediction in this framework.

研究の動機と目的

• アナルティックなフレーバー構造を有するランダル＝スンズムモデルが、大きなトップクォーク前向き・後向き非対称性を生成できるかどうかを評価すること。
• テバトロンにおけるトップクォーク対生成におけるカーラツァ＝クライングルーオン交換の役割を分析すること。
• 次に高い順序（NLO）量子補正が、木レベルでの非対称性の抑制を克服できるかどうかを特定すること。
• CDFが測定した高質量領域における前向き・後向き非対称性の観測的過剰（3.2σ）をこのモデルが説明できるかどうかを評価すること。
• t\bar{t}観測量から導かれる有効場理論パラメータを用いてモデルを制約すること。

提案手法

• フェルミオン質量階層をバルク内局在によって記述する、歪んだ余次元を有するランダル＝スンズムモデルを用いる。
• 有効場理論的手法を用いて、QCDにおける次に高い順序（NLO）でのt\bar{t}生成補正を計算し、カーラツァ＝クライングルーオンからの寄与を含む。
• 前向き・後向き非対称性A_{\rm{FB}}^{t}を、t\bar{t}最終状態における非対称断面積σ_aと対称断面積σ_sの比として計算する。
• σ_{t\bar{t}}、d\sigma_{t\bar{t}}/dM_{t\bar{t}}、およびA_{\rm{FB}}^{t}の実験的データから、有効カップリング\tilde{C}_{u\bar{u}}^{V}および\tilde{C}_{u\bar{u}}^{A}の境界を抽出する。
• ベクトルおよび軸性カップリングが、特に高M_{t\bar{t}}および全断面積に与える影響を評価する。
• モデル予測をCDF測定値と比較し、このフレームワーク内で達成可能な最大非対称性を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アナルティックなフレーバー構造を有するランダル＝スンズムモデルは、カーラツァ＝クライングルーオン交換によって大きなトップクォーク前向き・後向き非対称性を生成できるか？
• RQ2 トップクォークがKKグルーオンに強くカップルするにもかかわらず、このモデルでは木レベルの前向き・後向き非対称性がなぜ抑制されるのか？
• RQ3 次に高い順序（NLO）補正は、アナルティックなフレーバー設定下で非対称性の抑制をどの程度解消するか？
• RQ4 高質量領域における観測された3.2σの過剰は、このモデルで説明可能か？
• RQ5 t\bar{t}観測量のグローバルフィットから、有効ベクトルおよび軸性カップリングに課される制約は何か？

主な発見

• アナルティックなフレーバーRSモデルにおける木レベルの前向き・後向き非対称性は、KKグルーオンが軽いクォークに強くカップルしないことによる強力な抑制のため、無視できるほど小さい。
• 次に高い順序（NLO）補正は電荷非対称寄与を生成するが、これらは非対称性を正規化する同時的な木レベルの対称的寄与によって過剰に補われ、結果として非対称性は常に標準模型予測より小さくなる。
• その結果、非対称性は常に標準模型予測より小さくなり、ベクトル寄与のみで95%信頼水準で最大5.8%までしか達成できない。
• このモデルは、実験で観測された15.0±5.0%の非対称性（実験フレーム）を説明できない。標準模型よりも小さい非対称性を予測するためである。
• 最良適合点は(\tilde{C}_{u\bar{u}}^{A}, \tilde{C}_{u\bar{u}}^{V}) = (8.3, 1.4) であり、これは木レベルで大きな軸性カップリングを必要とし、アナルティックなフレーバー設定では自然に実現されない。
• KKスケールが1\,\rm{TeV}の場合、非対称性への補正はたった-0.05%にとどまり、このモデルが観測された過剰を説明できないことを確認する。