[논문 리뷰] Cross Section for Topcolor Z' decaying to top-antitop

R. M. Harris, Christopher T. Hill외 1명|ArXiv.org|1999. 11. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 √s = 1.8 TeV에서 프로톤-반프로톤 충돌에서 토파컬러 보조 Z′ 보손이 토퍼-항토퍼 쿼크 쌍으로 붕괴하는 생성 단면적을 계산한다. 네 가지 Z′_t 모델을 제시하며, 모델 IV는 최고의 단면적을 보이며 900 GeV에서 최대 121 pb에 이를 정도로 테바트론에서 관측 가능할 수 있다. 특히 렙톤을 회피하고 토퍼에 친화적인 결합을 가지므로 t\bar{t} 붕괴 채널에서 관측 가능성이 높다.

ABSTRACT

We present a calculation of the cross section for the process p pbar -> Zt' -> t tbar, the production of a Topcolor Z' with subsequent decay to top quark pairs in proton anti-proton collisions at 1.8 TeV. Variations of the cross section with varying assumptions about the model, the resonance width, the parton distributions and the renormalization scale are presented.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서 토파컬러 모델의 Z′_t → t\bar{t} 생성 단면적을 계산한다.
• Z′_t의 너비, 파arton 분포 함수, 그리고 재규격화 스케일 변화에 따른 단면적 민감도를 탐색한다.
• 네 가지의 서로 다른 Z′_t 모델(I–IV)을 평가하며, 모델 IV에는 새로운 렙톤을 회피하고 토퍼에 친화적인 Z′_t를 포함한다.
• 이전 CDF 초보적 결과를 대체하는 최신의 단면적 예측을 제공한다.
• 현재 테바트론 데이터에서 Z′_t를 관측하거나 배제할 수 있는 잠재력을 평가한다. 특히 t\bar{t} 최종 상태에서의 가능성을 중심으로 한다.

제안 방법

• 초기 상태 및 최종 상태의 스핀 및 색상 평균 행렬 원소를 사용한 최저차수 QCD 계산을 수행한다.
• 모델에 맞게 제3세대 쿼크 및 렙톤에 특화된 Z′_t 상호작용 라그랑지안을 적용하며, 모델 별로 고유한 초전하 할당을 한다.
• CTEQ4L 파톤 분포 함수와 재규격화 스케일 μ = m_{t\bar{t}}/2를 사용하여 총 단면적을 계산한다.
• Z′_t 너비 Γ를 0.01M에서 0.05M로 변화시켜 너비 의존성 연구를 하며, 결과는 Γ = 0.02M로 정규화한다.
• 모델 I(표준 Z′_t), II 및 III(수정된 결합), 모델 IV(렙톤을 회피하고 토퍼에 친화적인 Z′_t)의 네 모델 간 단면적을 비교한다.
• 파톤 분포 함수(CTEQ2L, CTEQ2′L, CTEQ3L, DO1.1, GRVLO) 및 재규격화 스케일(μ = m/4, m, m/2)의 체계적 변동을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론에서 √s = 1.8 TeV에서 토파컬러 Z′_t가 t\bar{t}로 붕괴하는 생성 단면적은 얼마인가?
• RQ2 단면적은 Z′_t 너비에 따라 어떻게 변하는가? 이 의존성은 모델 간에 다를까?
• RQ3 단면적은 파톤 분포 함수 및 재규격화 스케일의 선택에 얼마나 민감한가?
• RQ4 모델 IV의 렙톤을 회피하고 토퍼에 친화적인 Z′_t는 테바트론에서 t\bar{t} 붕괴 채널에서 관측될 수 있는가?
• RQ5 최신 단면적 예측은 이전 CDF 초보적 결과와 어떻게 비교되며, 기존 제약 조건을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 모델 IV는 렙톤을 회피하고 토퍼에 친화적인 Z′_t로, 최고의 단면적을 보이며 900 GeV에서 최대 121 pb에 이를 정도로 t\bar{t} 채널에서 가장 관측 가능성이 높다.
• 모델 I의 경우 단면적은 Z′_t 너비에 대해 약 역비례하며, Γ = 0.02M일 때 400 GeV에서 약 1.34 pb의 값을 가진다.
• 모델 II, III, IV의 경우 단면적은 너비에 대해 약 비례하며, 너비가 클수록 증가한다.
• 모델 IV의 단면적은 400 GeV에서 100 pb 이상 유지되며, 900 GeV까지 10 pb 초과를 기록하여 강력한 발견 가능성을 시사한다.
• 파톤 분포 함수의 변화는 CTEQ4L 대비 최대 약 20%의 단면적 차이를 유도하며, CTEQ4L는 보수적인 선택이다.
• 재규격화 스케일 변화(μ = m/4에서 m)는 단면적에 최대 약 30%의 변화를 유도하며, 이는 중간 정도의 이론적 불확실성을 시사한다.