[논문 리뷰] Overview of models for the t tbar asymmetry

J. A. Aguilar–Saavedra|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 테바트론에서 관측된 이례적인 전방-후방 top 쿼크 쌍 비대칭성을 설명하기 위해 제안된 모델들을 검토하며, 표준모형을 초월한 새로운 물리학에 초점을 맞춘다. LHC 데이터를 바탕으로 이들의 타당성을 평가하며, 특히 가벼운 색깔을 가진 8중성 글루온이 큰 단면적 증가 없이 일관된 설명을 제공하는 반면, 무거운 $Z'$ 또는 $W'$ 보손들은 고질량 $t\bar{t}$ 尾의 LHC 측정치로 인해 제약을 받는다.

ABSTRACT

We review the most popular models proposed to explain the anomalous forward-backward asymmetry in t tbar production at the Tevatron. We discuss their viability in view of recent LHC data. We summarise their predictions for charge asymmetries at the LHC.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서 관측된 이례적인 $t\bar{t}$ 전방-후방 비대칭성을 설명하기 위해 제안된 이론적 모델들을 검토하고 분류하는 것.
• 최근 LHC 데이터, 특히 $t\bar{t}$ 진동질량 분포와 총 단면적을 바탕으로 이러한 모델들의 타당성을 평가하는 것.
• 다양한 새로운 물리학 모델에 대해 LHC에서의 전하 비대칭을 예측하는 것, 특히 $m_{t\bar{t}}$ 의존성에 초점 맞추기.
• 운동량 분포의 절단과 네 토퍼 생성이 모델 간 구별에 어떻게 기여할 수 있는지 탐색하는 것.
• 고질량 $Z'$ 또는 $W'$ 보손을 포함하는 모델들에 대해 구속성과 이중제트 검색 결과로부터의 제약을 평가하는 것.

제안 방법

• 표준모형의 $\mathrm{SU}(3)_C \times \mathrm{SU}(2)_L \times \mathrm{U}(1)_Y$ 대칭 아래에서 새로운 물리학 모델의 게이지 양자수에 따라 분류하며, $q\bar{q} \to t\bar{t}$ 과정에서 교환되는 벡터 및 스칼라 입자를 중심으로 분석.
• 총 단면적의 표준모형과의 일치 가능성 여부를 판단하기 위해 단면적에 대한 간섭항과 제곱항 기여를 분석.
• 특히 경량 또는 고질량 신입자와 관련된 모델에서 $t\bar{t}$ 진동질량 절단이 전하 비대칭에 미치는 영향 평가.
• $\theta$ 와 $\beta$ 의 운동학적 절단을 고려하여 비대칭성을 향상시키고, 이를 통해 모델 간의 구별 능력을 향상시키는 방법 모색.
• 경량의 색깔을 가진 8중성 글루온을 포함하는 모델에 대해 네 토퍼 생성이 증명의 신호로 작용할 수 있음을 분석하며, 이는 큰 토퍼 쿼크 결합이 필요하기 때문이다.
• 모델 예측을 LHC 데이터와 비교하여, 특히 고질량 $t\bar{t}$ 증가가 관측되지 않은 점을 바탕으로 매개변수 공간을 제약하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고질량 $t\bar{t}$ 단면적이 $m_{t\bar{t}} > 1$ TeV 에서 표준모형 예측의 50% 이내일 경우, 고질량 $Z'$ 또는 $W'$ 보손을 포함하는 모델들이 테바트론의 $t\bar{t}$ 비대칭을 설명하면서도 LHC 데이터와 일치할 수 있는가?
• RQ2 LHC에서 고질량 $t\bar{t}$ 증가가 관측되지 않은 것은 새로운 벡터 보손을 포함하는 모델에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 어떻게 경량의 색깔을 가진 8중성 글루온이 고질량 $t\bar{t}$ 에서의 큰 단면적 증가 없이도 테바트론 비대칭을 타당하게 설명할 수 있는가?
• RQ4 $\beta$ 와 $\theta$ 에 대한 운동학적 절단이 전하 비대칭을 얼마나 향상시키고, LHC에서 모델 간의 분별 능력을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 네 토퍼 생성은 경량 글루온을 포함하는 모델에 대해 $t\bar{t}$ 최종 상태에서 결정적인 신호로 작용할 수 있는가?

주요 결과

• 고질량 $t\bar{t}$ 단면적이 $m_{t\bar{t}} > 1$ TeV 에서 표준모형 예측의 50% 이내일 경우, 제곱항과 간섭항 간의 큰 상쇄가 필요하므로 고질량 $Z'$ 또는 $W'$ 보손을 포함하는 모델들은 배제된다.
• 테바트론 이하의 에너지 스케일에서 경량의 색깔을 가진 8중성 글루온은 고질량 $m_{t\bar{t}}$ 에서의 큰 단면적 증가 없이도 테바트론 비대칭을 설명할 수 있으며, 현재의 LHC 제약 조건을 충족시킨다.
• $m_{t\bar{t}}$ 의존성 전하 비대칭은 핵심 관측량이다: 경량 글루온 모델은 표준모형 예측과 다를 수 있는 비정상적인 프로파일을 생성할 수 있다.
• 네 토퍼 생성은 경량 글루온 모델에 대해 증명의 신호로 작용하며, 비대칭을 설명하기 위해 필요한 결합 상수에서 LHC에서 관측 가능한 단면적을 가질 수 있다.
• $\beta$ 와 $\theta$ 에 대한 운동학적 절단은 특히 $t$-채널 모델에서 비대칭성을 향상시키며, $m_{t\bar{t}}$ 의존성과 함께 조합될 경우 모델 간의 분별 능력을 향상시킨다.
• LHC에서 고질량 $t\bar{t}$ 피크가 관측되지 않은 것은, 너비가 크거나 질량이 임계값 이하일 경우를 제외하고는 고질량 색 8중성 벡터 보손을 포함하는 모델들을 불리하게 한다.