[논문 리뷰] Charge asymmetry: a theory appraisal

Germán Rodrigo, P. Ferrario|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 최신 테바트론 데이터를 사용하여 top-antitop 쌍 생성에서의 top 쿼크 전하 비대칭을 재평가하며, 표준모형을 초월한 새로운 물리의 제약 조건을 업데이트한다. 비대칭 측정치와 표준모형 예측 간의 격리가 1.7σ로 감소하였고, 표준모형을 초월한 작은 음성 기여가 95% 신뢰수준에서 허용되며, 색-팔승 보존 및 축시글루온에 대한 선호되는 매개변수 영역이 규명되었다. 또한 LHC에서 운동량 분포 절단을 통한 감도 향상 전략을 통해 향후 측정 가능성을 제시한다.

ABSTRACT

The most recent measurements at Tevatron of the charge asymmetry in top-antitop quark pair production reduce the discrepancy with the Standard Model from 2sigma to 1.7sigma, and open a little window, at 95% C.L., for negative contributions to the charge asymmetry beyond the SM. We update our analysis for colour octet gauge bosons or axigluons in flavour universal and flavour non universal scenarios. We review other possible models and make an educated guess on their parameter space allowed by the new measurements. Finally, we comment on the prospects to measure the charge asymmetry at the LHC.

연구 동기 및 목표

• 최신 테바트론 측정치에 기반한 새로운 물리 모델의 상태를 재평가하기 위해.
• 최근 데이터를 사용하여 색-팔승 보존 및 축시글루온에 대한 색-유사성 및 비색-유사성의 제약 조건을 업데이트하기 위해.
• 업데이트된 비대칭 측정치를 바탕으로, 색-유사 스칼라 및 $W'$/$Z'$ 보존과 같은 다른 모델의 타당성을 평가하기 위해.
• 특히 운동량 분포 절단을 통한 최적 전략을 고려하여 LHC에서 전하 비대칭 측정의 가능성과 타당성을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 5.3 fb$^{-1}$ 및 4.3 fb$^{-1}$의 통합 루미너시를 기반으로 한 최신 CDF 및 D0 데이터를 사용하여 $t\bar{t}$ 생성에서의 전하 비대칭을 분석한다.
• 쿼크에 대한 일반적인 벡터 및 아кси얼-벡터 결합을 가진 색-팔승 벡터 공명 및 축시글루온에 대한 이론적 프레임워크를 적용한다.
• 95% 신뢰수준에서 모델 예측과 실험 측정치를 비교하기 위해 $\chi^2$ 기반 통계 분석을 사용한다.
• LHC 측정에서 신호 대 노이즈 비율을 향상시키기 위해 $m_{t\bar{t}}$ 및 빠르기 $y_C$에 대한 운동량 분포 절단의 영향을 평가한다.
• $t\bar{t}+\text{jet}$ 최종 상태에서의 간섭 효과를 고려하며, 전하 비대칭이 초기 및 최종 상태 방사선으로 인해 발생함을 분석한다.
• 색-유사 스칼라, $W'$/$Z'$ 보존, 칼루차-클라인 글루온을 포함한 다양한 모델 간의 비교 분석을 수행하여 데이터와의 호환성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최신 테바트론 측정치에 기반해 top 쿼크 전하 비대칭과 표준모형 예측 간의 격리는 어느 정도 감소하였는가?
• RQ2 최신 데이터를 통합한 후, 색-유사성 및 비색-유사성의 색-팔승 보존 및 축시글루온에 대한 허용 가능한 매개변수 영역은 무엇인가?
• RQ3 색-유사 스칼라, $W'$/$Z'$ 보존, 또는 칼루차-클라인 글루온과 같은 새로운 물리 모델 중에서 관측된 비대칭을 설명할 수 있는 것은 무엇이며, 그들의 필요 결합 강도는 무엇인가?
• RQ4 비대칭이 주로 대칭적인 글루온-글루온 융합에 의해 지배되는 LHC에서 전하 비대칭은 어떻게 측정할 수 있으며, 어떤 운동량 분포 절단이 감도를 최적화하는가?
• RQ5 LHC에서 $t\bar{t}$ 및 $t\bar{t}+\text{jet}$ 최종 상태에서 전하 비대칭을 통한 새로운 물리의 통계적 유의수준은 얼마인가?

주요 결과

• 최신 CDF 및 D0 데이터를 기반으로, 측정된 top 쿼크 전하 비대칭과 표준모형 예측 간 격리는 이전의 2σ에서 1.7σ로 감소하였다.
• 이제 95% 신뢰수준에서 표준모형을 초월한 작은 음성 기여가 허용되는 창이 열렸으며, 이는 이전에 불리하게 평가된 바가 있었다.
• 색-유사성 색-팔승 보존의 경우, 90% 신뢰수준에서 쿼크에 대한 큰 벡터 결합이 여전히 선호되며, 이전 분석 대비 95% 신뢰수준에서 略로 더 넓은 허용 매개변수 영역이 존재한다.
• 쿼크에 대한 $g_A^q g_A^t < 0$ 조건을 가진 비색-유사성 시나리오에서는 허용 매개변수 영역이 약간 넓어졌지만, 제약 조건에 큰 변화는 관찰되지 않았다.
• LHC에서는 $m_{t\bar{t}}^\text{min}$ 가 공명 질량의 반보다 작고 $y_C \approx 0.7$ 인 사건을 선택할 경우, 새로운 물리 탐지의 통계적 유의수준을 최대화할 수 있다.
• $t\bar{t}+\text{jet}$ 최종 상태는 포함된 $t\bar{t}$ 비대칭과 반대 부호의 전하 비대칭을 보이며, 고차항 보정이 상당히 크며, 새로운 물리 탐색을 위한 보완적 채널을 제공한다.