[論文レビュー] Unparticle Effects on Top Quark Spin Correlations in e^+e^- Collision

B. Şahin|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、スケール不変なフレームワーク内での非可逆的伝達関数とカップリングを用いて、$e^+e^-$衝突における$e^+e^- \to t\bar{t}$過程でのスカラーおよびベクトルのアンパルティクル効果がトップクォークスピン相関に与える影響を調査する。スカラーのアンパルティクルは、標準模型（$A_{\text{SM}} = -0.651$）から著しいずれかのずれ（正の非対称性 $A_S = 0.986$）を引き起こすが、ベクトルのアンパルティクルはより小さいずれを示し、トップクォークスピン観測量における新しい物理の感受性が顕著であることを示している。

ABSTRACT

We investigate the effects of scalar and vector unparticles on top quark spin correlations via the process $e^{+}e^{-} o t \bar{t}$. In addition to the Standard Model diagrams, there is a new contribution to top-antitop quark production process mediated by unparticle in the s-channel. It is shown that scalar and vector unparticle contribution leads to a considerable deviation of the top spin correlations from the Standard Model one.

研究の動機と目的

• $e^+e^-$衝突におけるスカラーおよびベクトルのアンパルティクルがトップクォークスピン相関に与える影響を調査すること。
• $s$-チャネルにおけるアンパルティクル媒介寄与が、標準模型と比較してトップ-アンチトップスピン非対称性を顕著に変化させるかどうかを評価すること。
• スピン相関観測量がアンパルティクルスケール次元 $d_U$ およびエネルギースケール $\Lambda_U$ に与える感受性を評価すること。
• アンパルティクル交換下でのヘリシティ基底およびビーム方向基底におけるスピン非対称性の比較。

提案手法

• スケール不変場理論およびBanks-Zaksダイナミクスに基づいて導出された、スカラー（$d_U = 1.1$）およびベクトル（$d_U = 1.1$）アンパルティクルのアンパルティクル伝達関数を用いる。
• SMフェルミオンへのスカラーおよびベクトルアンパルティクルカップリングのファインマン規則を用い、カップリング定数 $\lambda_0 = \lambda_1 = 1$ および抑制スケール $\Lambda_U = 1$ TeV を設定する。
• スピン依存性の振幅を、標準模型およびアンパルティクル $s$-チャネル寄与を含めて計算し、位相空間積分はGRACEモンテカルロイベントジェネレータを用いて行う。
• スピン非対称性 $A$ を、中心系エネルギー $\sqrt{s}$ およびアンパルティクルスケール次元 $d_U$ の関数として、$t \to W^+b$ および $\bar{t} \to W^-\bar{b}$ の崩壊生成物の角度分布を用いて計算する。
• スピン基底としてヘリシティ基底およびビーム方向基底の両方で相関を分析し、$A$ は微分断面積 $\sigma(t_\alpha \bar{t}_{\alpha'})$ を用いて定義される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラーのアンパルティクルは、標準模型と比較して、$e^+e^- \to t\bar{t}$ におけるトップクォークスピン相関にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ベクトルのアンパルティクルが $t\bar{t}$ 生産過程を媒介する場合、スピン非対称性 $A$ の大きさと符号は何か？
• RQ3 アンパルティクルスケール次元 $d_U$ は、スピン非対称性の標準模型値からのずれにどのように影響するか？
• RQ4 ヘリシティ基底とビーム方向基底のどちらがアンパルティクル効果に対して感受性が高いか？
• RQ5 中心系エネルギー $\sqrt{s}$ は、アンパルティクル交換の存在下でのスピン非対称性にどのように影響するか？

主な発見

• $\sqrt{s} = 0.5$ TeV のヘリシティ基底において、スカラーのアンパルティクル交換によりスピン非対称性は $A_S = 0.986$ にまで上昇し、標準模型の値 $A_{\text{SM}} = -0.651$ から著しいずれを示す。
• ヘリシティ基底におけるベクトルのアンパルティクルでは、非対称性は $A_V = -0.727$ となり、スカラーのアンパルティクルに比べて標準模型からのずれが小さい。
• $\sqrt{s} = 0.5$ TeV のビーム方向基底において、スカラーのアンパルティクルは $A_S = 0.657$、ベクトルのアンパルティクルは $A_V = -1.0$ をもたらし、強い負の相関を示す。
• スカラーのアンパルティクルがヘリシティ基底で最大のずれを示し、$A_S$ は正で大きく、標準模型とは著しく異なる。
• $d_U$ が増加するにつれて、スカラーおよびベクトルのアンパルティクル非対称性は標準模型の値に収束するため、ずれは $d_U$ が小さい（例：$d_U = 1.1$）場合に顕著である。
• $t \to W^+b$ および $\bar{t} \to W^-\bar{b}$ チャネルの崩壊生成物の角度分布は、これらの非対称性を反映しており、スピン相関がアンパルティクル物理学の有効なプローブであることが示唆される。