[논문 리뷰] Complete Calculations of Wb\bar b and Wb\bar b + jet Production at Tevatron and LHC: Probing Anomalous Wtb Couplings in Single Top Production

Edward Boos, L. Dudko외 1명|ArXiv.org|1999. 03. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 테바트론과 LHC에서 Wb\bar{b} 및 Wb\bar{b} + 제트 생성의 완전한 1계 수준 계산을 제시하며, 이는 이종 쿼크 생성 신호와 감소 불가능한 배경을 동시에 포함하여 비정상적인 Wtb 쿠퍼링을 탐지한다. 연구는 테바트론 대비 배경을 2–3배 감소시키는 최적의 운동학적 절단 조건을 규명하였으며, 이는 LHC에서 비정상 쿠퍼링에 대한 감도를 初기 테바트론 예측 대비 2–3배 향상시킨다. 다만, 향후 감마-e 충돌기에서의 결과에 비해 구속 조건은 여전히 2–8배 덜 엄격하다.

ABSTRACT

We present the results of a complete tree level calculation of the processes pp(\bar p) -> Wb\bar b and Wb\bar b + jet that includes the single top signal and all irreducible backgrounds simultaneously. In order to probe the structure of the Wtb coupling with the highest possible accuracy and to look for possible deviations from standard model predictions, we identify sensitive observables and propose an optimal set of cuts which minimizes the background compared to the signal. At the LHC, the single top and the single anti-top rates are different and the corresponding asymmetry yields additional information. The analysis shows that the sensitivity for anomalous couplings will be improved at the LHC by a factor of 2--3 compared to the expectations for the first measurements at the upgraded Tevatron. Still, the bounds on anomalous couplings obtained at hadron colliders will remain 2--8 times larger than those from high energy gamma-e colliders, which will, however, not be available for some time. All basic calculations have been carried out using the computer package CompHEP. The known NLO corrections to the single top rate have been taken into account.

연구 동기 및 목표

• Wb\\bar{b} 및 Wb\\bar{b}+제트 과정에서 단일 톰 쿼크 생성과 감소 불가능한 배경을 동시에 모델링하여 비정상적인 Wtb 쿠퍼링에 대한 감도를 향상시키는 것.
• 하드론 충돌기에서 신호 감도를 유지하면서 배경을 최소화하는 최적의 운동학적 절단 조건을 규명하는 것.
• 표준모형에서의 Wtb 쿠퍼링 편차 탐지에 있어 LHC와 업그레이드된 테바트론의 상대적 감도를 정량화하는 것.
• 비정상 쿠퍼링을 탐지하기 위한 향후 고에너지 감마-e 충돌기 대비 하드론 충돌기의 잠재력을 평가하는 것.
• 정밀도 계산을 위한 완전한 이론적 프레임워크를 CompHEP를 사용하여 제공하는 것.

제안 방법

• CompHEP 패키지를 사용하여 테바트론과 LHC에서 pp(\\bar{p}) → Wb\\bar{b} 및 Wb\\bar{b} + 제트 과정의 완전한 1계 수준 계산을 수행하는 것.
• 단일 톰 쿼크 생성(신호)과 모든 감소 불가능한 QCD 배경을 통합된 프레임워크 내에서 포함하는 것.
• 배경을 억제하면서도 신호 감도를 최대화하는 최적의 운동학적 절단 조건을 적용하는 것.
• 단일 톰 쿼크 생성률에 대한 알려진 1계 상위 보정(NLO)을 포함하여 정확도를 향상시키는 것.
• LHC에서 단일 톰 및 반단일 톰 생성의 전방-후방 비대칭성을 분석하여 비정상 쿠퍼링에 대한 추가 정보를 추출하는 것.
• LHC, 업그레이드된 테바트론, 향후 감마-e 충돌기 간의 비정상 Wtb 쿠퍼링에 대한 구속 조건을 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC와 테바트론에서 Wb\\bar{b} 및 Wb\\bar{b}+제트 과정에 대해 신호 대 배경 비율을 최대화하는 최적의 운동학적 절단 조건는 무엇인가?
• RQ2 LHC에서의 비정상 Wtb 쿠퍼링 감도는 업그레이드된 테바트론에서 예상되는 감도와 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ3 LHC에서 단일 톰 및 반단일 톰 생성의 전방-후방 비대칭성은 비정상 쿠퍼링 감도에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 하드론 충돌기에서의 비정상 Wtb 쿠퍼링에 대한 구속 조건은 향후 고에너지 감마-e 충돌기에서의 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 단일 톰 쿼크 생성률에 NLO 보정을 포함할 경우 비정상 쿠퍼링 감도의 정밀도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• LHC는 업그레이드된 테바트론의 初기 예측 대비 비정상 Wtb 쿠퍼링에 대해 2–3배 높은 감도를 확보한다.
• 최적의 운동학적 절단 조건은 배경 기여를 크게 감소시켜 신호 탐지 효율을 향상시킨다.
• LHC에서 단일 톰 및 반단일 톰 생성의 전방-후방 비대칭성은 비정상 쿠퍼링에 대한 추가적이고 독립적인 정보를 제공한다.
• 개선된 성능에도 불구하고, 하드론 충돌기에서의 비정상 쿠퍼링에 대한 구속 조건은 향후 고에너지 감마-e 충돌기에서의 예측보다 여전히 2–8배 덜 엄격하다.
• 단일 톰 쿼크 생성률에 대한 알려진 NLO 보정을 포함함으로써 이론적 정확도가 감도 분석에 향상된다.
• CompHEP에 구현된 완전한 1계 수준 계산 프레임워크는 신호 및 배경 과정 간 정밀하고 일관된 비교를 가능하게 한다.