[논문 리뷰] The ttbar asymmetry in the Standard Model and beyond

Germán Rodrigo|arXiv (Cornell University)|2012. 07. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 29인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 표준모형(SM) 내 및 그 이상에서 top 쿼크 쌍의 전하 비대칭성에 대해 검토하며, Tevatron 측정치와 SM 예측 간의 격차를 분석한다. 이 격차는 지속적으로 3–3.4σ의 초과를 보이며, 새로운 관측량 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 를 도입하고, $ t\bar{t} $ 횡방향 운동량 컷의 영향을 평가한다. 현재 LHC 데이터는 SM 예측과 1σ의 불일치를 보이며, 새로운 물리 모델은 LHC 결과로 점점 더 제약을 받고 있다.

ABSTRACT

A sizable charge asymmetry in top quark pair production has been observed at the Tevatron. The experimental results seem to exceed systematically the Standard Model theory predictions by a significant amount and have triggered a large number of suggestions for 'new physics'. The effect is also visible at the LHC, and preliminary results have already been presented by the ATLAS and CMS collaborations. In this talk, we review the present status of the theoretical predictions, and their comparison with the experimental measurements.

연구 동기 및 목표

• SM 예측과 Tevatron 측정치 사이의 지속적인 격차, 즉 top 쿼크 전하 비대칭성에서 3–3.4σ의 초과를 평가하기 위해.
• Tevatron 및 LHC 모두에 적합한, top 및 반top 쿼크의 평균 빠르도에 대해 기반한 비대칭성 측정을 위한 새로운 관측량 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 를 도입하고 검증하기 위해.
• $ t\bar{t} $ 횡방향 운동량 컷이 관측된 비대칭성 격차를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• LHC 측정치가 SM 예측과 얼마나 호환되는지 검토하고, Tevatron 이상현상의 원인을 설명하기 위해 제안된 새로운 물리 모델의 타당성을 평가하기 위해.
• CDF, D0, ATLAS, CMS의 최근 데이터를 고려하여 실험 결과와 SM 예측 간의 긴장도를 업데이트하기 위해.

제안 방법

• QCD 보정을 사용한 SM 내 top 쿼크 전하 비대칭성의 이론적 계산으로, 초기 상태 암페리튜드와 반대칭성 있는 1-loop 보정 간의 간섭을 중점으로 한다.
• 흡수 기여를 나타내기 위해 컷 다이어그램(그림 1)을 사용하며, $ d_{abc}^2 = 40/3 $ 색 인자(색 인자)의 역할을 강조한다.
• $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 를 도입하여, $ t\bar{t} $ 쌍의 평균 빠르도에 대해 기반한 빠르도 기반 비대칭성 측정을 정의함으로써, 다양한 충돌기 간 비교를 표준화한다.
• $ t\bar{t} $ 횡방향 운동량 $ p_\perp^{t\bar{t}} $ 컷의 비대칭성에 미치는 영향을 분석하며, $ p_\perp^{t\bar{t}} $ 분포의 오모델링 가능성과 로그 보정의 영향을 고려한다.
• CDF, D0, ATLAS, CMS의 실험 데이터와 이론적 예측을 비교하며, 2012년 LHC 런의 업데이트된 결과를 포함한다.
• 고차 QCD 보정(NLL, NNLL)의 영향을 평가하여, 주로 1차 순서 비대칭성 예측에 큰 영향을 주지 않음을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Tevatron에서 관측된 top 쿼크 전하 비대칭성 초과는 SM 예측을 초과하는가? 만약 그렇다면, 얼마나 초과하는가?
• RQ2 $ t\bar{t} $ 횡방향 운동량 분포가 관측된 비대칭성 격차를 설명할 수 있는가?
• RQ3 새로운 관측량 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 는 Tevatron와 LHC 간 비대칭성 측정치 비교를 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 현재 LHC 측정치와 SM 예측 간의 비대칭성에 대한 긴장도는 어느 정도인가?
• RQ5 최근 LHC 결과는 Tevatron 이상현상을 설명하기 위해 제안된 모델을 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• Tevatron 실험인 CDF와 D0는 SM 예측을 초과하는 지속적인 양의 전하 비대칭성 초과를 관측하였으며, 고 $ m_{t\bar{t}} $ 영역에서 3.4σ의 유의미한 초과를 보였고, 업데이트된 CDF 분석에서는 3σ 이하로 감소하였다.
• ATLAS와 CMS의 LHC 측정치는 SM 예측보다 중심값이 낮아 SM 예측과 1σ의 불일치를 보이며, 실험 오차는 아직 크다.
• 새로운 관측량 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 는 다양한 충돌기 간 비대칭성 비교를 위한 일관된 프레임워크를 제공하며, 이론적 예측은 실험 데이터와 불확도 범위 내에서 일치한다.
• 이론적 분석은 NLL 및 NNLL 보정이 주로 1차 순서 SM 비대칭성 예측에 큰 영향을 주지 않음을 확인한다.
• $ t\bar{t} $ 횡방향 운동량 컷은 $ p_\perp^{t\bar{t}} $ 분포의 오모델링 가능성과 큰 로그 보정으로 인해 비대칭성 추정에 영향을 줄 수 있으며, 향후 연구가 필요하다.
• LHC 결과, 특히 같은전하 top 생성 및 $ t\bar{t} $+제트 측정치는 Tevatron 이상현상을 설명하기 위해 제안된 새로운 물리 모델의 매개변수 공간을 점점 더 제약하고 있다.