[論文レビュー] Top quark phenomenology

Rikkert Frederix|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、テバトロンにおけるトップクォーク物理学における標準模型予測からの3つの2σのずれを検討する：$H_T$分布の裾の過剰、期待値を上回るトップクォーク電荷非対称性、およびCDFがsチャネルとtチャネルのシングルトップ事象を区別する際の不一致。研究では、特にパートンシャワーのマッチングと高次の補正における理論的不確実性が原因である可能性を評価するが、明確な新しい物理は確認されていない。

ABSTRACT

In this talk three 2-sigma deviations from the Standard Model predictions in the top quark sector are briefly discussed. These are the excess of events in the tail of the H_T distribution in ttbar events, the top-quark charge asymmetry and the discrimination of s- and t-channel events in single top. The latter has only been observed by CDF, while the other two are found by both CDF and D0.

研究の動機と目的

• 標準模型の予測から約2σずれているトップクォーク物理学における3つの実験的測定を調査すること。
• これらのずれが、特にパートンシャワーのマッチングと高次のQCD補正における理論的不確実性に起因するかどうかを評価すること。
• 高次のNLO計算とマージング手順の改善が、シングルトップチャネル区別の解釈に与える影響を評価すること。
• 観測された不一致が統計的フラクチュエーションに起因するのか、もしくは第四世代トップクォークのような新しい物理の兆候であるのかを特定すること。

提案手法

• jets、レプトン、および欠損 $E_T$ の横方向エネルギーのスカラー和として定義される $H_T$ 分布を、$t\bar{t}$ イベントにおいて、裾の過剰を特定する。
• CDFとDØの実験的 $H_T$ 分布をモンテカルロ予測と比較し、高次のQCD補正とパートンシャワーの誤モデル化の役割を評価する。
• 仮想および実際の放射の寄与を含むNLO QCD予測を用いてトップクォーク電荷非対称性を評価し、高次の効果を評価するために再結合技術を適用する。
• tチャネルシングルトップ生成において4フレーバー体系のNLO計算を用い、サーブァー $b$ クォーク分布を計算し、CDFとDØのモンテカルロサンプルと比較する。
• 2→2および2→3の行列要素とパートンシャワーをマッチングするためのマージング技術（例：MC@NLO、POWHEG）を適用し、初期状態の $b$ クォークのモデル化を改善する。
• CDFのZTOPベースのモンテカルロサンプルと最近のNLO予測を比較し、サーブァー $b$ クォークの生成率の不一致と、sチャネル対tチャネル区別の影響を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された $H_T$ 分布の裾の過剰は、高次のQCD補正およびパートンシャワーのマッチングのモンテカルロモデルの欠陥に起因しているのか？
• RQ2 予測を上回るトップクォーク電荷非対称性は、考慮されていない高次の仮想補正または再結合効果によって説明可能か？
• RQ3 CDFはsチャネル対tチャネルのシングルトップ事象区別において顕著な不一致を観測しているが、DØは同様の理論的期待と一致しているのにもかかわらず、その理由は何か？
• RQ4 現在のモンテカルロイベントジェネレータは、tチャネルシングルトップイベントにおけるサーブァー $b$ クォークの数をどの程度低く見積もっているのか、そしてそれがチャネル分離にどのような影響を及ぼすのか？
• RQ5 3つの2σのずれは統計的フラクチュエーションに起因するのか、それとも第四世代トップクォークのような新しい物理の兆候なのか？

主な発見

• CDFとDØの両データで、$H_T$分布の裾にわずかだが持続的な過剰が観測され、重い $t^\prime$ クォークを含むモデルでよりよく記述されるが、統計的に有意ではない。
• トップクォーク電荷非対称性は $A_{FB}(t\bar{t}) = 0.078 \pm 0.009$ と測定され、NLO QCD予測の $0.051 \pm 0.006$ を上回っており、高次の補正が欠落している可能性を示唆している。
• CDFはsチャネル対tチャネルのシングルトップ断面積区別において2σの不一致を観測しており、モンテカルロ予測はサーブァー $b$ クォークの生成率を最近のNLO計算と比較して約50%低く見積もっている。
• CDFのZTOPベースのサンプルではサーブァー $b$ クォークが低く見積もられているが、その結果としてのsチャネル割合の変化は、観測された不一致を説明するには小さすぎるため、未解決の問題が残っている。
• 改善されたNLO予測を考慮しても、CDFのシングルトップチャネル区別における不一致は依然として残っており、イベントジェネレータモデルの欠陥や考慮されていない系統的不確実性の可能性を示唆している。
• 3つのずれはすべて2σ未塔の有意水準にあり、新しい物理の明確な証拠とはなっていない。理論的不確実性、特に高次の補正とパートンシャワーのモデル化の不確実性に起因する可能性が高い。