[논문 리뷰] Possible Common Origin of the Top Forward-backward Asymmetry and the CDF Dijet Resonance

Dong‐Won Jung, Pyungwon Ko외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 24인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 테바트론에서 관측된 120–160 GeV에서의 CDF 이제트 레지온과 토퍼 쿼크의 전방-후방 비대칭성에 대한 공통적인 설명으로 단일 중성 색 단일성 보존을 제안한다. 이는 특히 오른쪽 편향된 토퍼 쿼크 결합과 맛 위반 상호작용을 포함한 특정 편향성 및 맛 구조의 결합을 식별하여 두 이상 현상 모두를 동시에 수용한다. 이 경우 토퍼 FB 비대칭성은 맛 위반 결합에 민감한 t-채널 도형에 의해 지배된다.

ABSTRACT

A color-singlet neutral vector boson is considered as a possible common origin of the top forward-backward asymmetry and the CDF dijet resonance. We identify chiral and flavor structures of the couplings of this new vector boson to the standard model quarks for which one could accommodate both data. We also demonstrate that non-vanishing observables involving longitudinal top polarizations can provide useful criteria for the possible existence of parity violating new physics in the q q^bar -> t t^bar process, and discrimination between the flavor-conserving and flavor-violating cases.

연구 동기 및 목표

• 단일 새로운 물리 입자가 CDF 이재트 레지온과 토퍼 쿼크의 전방-후방 비대칭성을 동시에 설명할 수 있는지 조사한다.
• 새로운 중성 벡터 보존과 쿼크 간의 결합의 편향성 및 맛 구조가 두 실험적 이상 현상 모두를 동시에 재현할 수 있는지 규명한다.
• 종방향 토퍼 쿼크 스핀 분포와 스핀-스핀 상관관계가 토퍼 쿼크 쌍 생성에서 맛 보존 및 맛 위반 새로운 물리 현상을 어떻게 구별할 수 있는지 탐색한다.
• 기존 LHC 및 테바트론 제약 조건, 특히 UA2 및 D0의 제약 조건을 고려할 때 제안된 모델의 타당성을 평가한다.
• 향후 모델 구축 및 렙토파빅, 가벼운 색 단일성 벡터 보존의 충돌기 실험 탐색을 위한 현상학적 기반을 제공한다.

제안 방법

• 모델 독립적인 효과적 라그랑지안을 통해 쿼크와의 맛 보존 및 맛 위반 결합을 가진 중성 색 단일성 벡터 보존 $V_\mu$ 를 도입한다.
• t-채널 및 s-채널 도형의 간섭 효과를 포함한 $p\bar{p} \to WV$ 및 $t\bar{t}$ 생성의 1차 순서 부분입자 단면적을 사용한다.
• 파트온 분포 함수와 운동학적 제약 조건을 적용하여 테바트론에서 $WV$ 및 $t\bar{t}$ 생성 단면적을 계산한다.
• 가능한 결합 영역을 제한하기 위해 UA2의 $g^{u,d}_{R}$ 제약과 D0의 $\sigma(p\bar{p} \to W^\pm V)$ 제한 조건을 적용한다.
• 맛 보존 및 맛 위반 시나리오에서 토퍼 전방-후방 비대칭성이 $g^{t}_{R}$ 와 $\tilde{g}^{t}_{R}$ 에 어떻게 의존하는지 분석한다.
• 모델 식별을 위한 LHC 서명을 평가하며, 7 TeV에서 $\sigma(pp \to W^\pm V) \sim 22-24$ pb를 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 중성 벡터 보존이 CDF 이재트 레지온과 토퍼 쿼크의 전방-후방 비대칭성을 동시에 설명할 수 있는가?
• RQ2 두 이상 현상 모두를 동시에 수용하기 위해 필요한 편향성 및 맛 구조의 결합은 무엇인가?
• RQ3 종방향 토퍼 쿼크 스핀 분포와 스핀-스핀 상관관계는 맛 보존 및 맛 위반 새로운 물리 현상을 어떻게 구별하는가?
• RQ4 기존 테바트론 및 LHC 데이터에서 허용 가능한 결합 매개변수에 대한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ5 맛 보존 및 맛 위반 시나리오에서 LHC에서의 생성 단면적은 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 오른쪽 편향 결합의 지배로 인해 $g^{t}_{R} \sim 0.67-1.4$ 이고 $g^{u}_{R} \sim 0.25$ 또는 $g^{d}_{R} \sim 0.6$ 인 맛 보존 해법은 $WV$ 단면적과 무관하게 토퍼 FB 비대칭성을 설명할 수 있다.
• $\tilde{g}^{t}_{R} \sim 0.5$ 이고 $g^{u}_{L} = -g^{d}_{L} \sim 0.064-0.13$ 또는 $g^{u}_{L} \sim 0.12-0.24$ 인 맛 위반 해법은 이재트 레지온($\sigma \sim 1-4$ pb)과 FB 비대칭성을 동시에 설명할 수 있다.
• 맛 위반 경우에 t-채널 도형이 토퍼 쿼크 쌍 생성을 지배하므로 비대칭성은 주로 $\tilde{g}^{t}_{R}$ 에 민감하며 $WV$ 단면적과는 독립적이다.
• $WV$ 단면적은 $g^{u}_{L}$ 과 $g^{d}_{L}$ 에 민감하며, $m_V = 150$ GeV 이고 $g^{u}_{L}, g^{d}_{L} \sim 0.12-0.24$ 일 때 $\sigma(p\bar{p} \to W^\pm V) \sim 1-4$ pb를 달성할 수 있다.
• 맛 위반 해법에서 $\tilde{g}^{t}_{R} \sim 0.5$ 는 95% 신뢰수준에서 LHC 제약 조건으로 인해 배제된다. 이 경우 $m_V = 150$ GeV 일 때 $\tilde{g}^{t}_{R} \lesssim 0.4$ 로 제한된다.
• 7 TeV에서 $pp \to W^\pm V$ 의 LHC 생성 단면적은 맛 보존 시나리오에서 약 $\sim 22$ pb, 맛 위반 시나리오에서 약 $\sim 24$ pb로 예측되며, 향후 발견 또는 배제에 중요한 서명이 된다.