[논문 리뷰] Top forward-backward asymmetry in chiral U(1)' models

Pyungwon Ko, Yuji Omura외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 01. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 오른쪽 편향된 업형 쿼크에만 결합하는 레프토파일성 Z' 보존을 갖는 현실적인 카이랄 U(1)' 모형을 제안하며, 이를 위해 유형에 따라 달라지는 힉스 이중체와 양자수 보정 페르미온을 도입한다. 모형은 Z'과 힉스 보존 기여의 간섭을 통해 테바트론의 토프 쿼크 전후 비대칭성을 설명하며, 동일 전하의 토프 쿼크 쌍 생성에 대한 LHC의 엄격한 제약 조건을 피한다.

ABSTRACT

We construct flavor-dependent chiral U(1)' models with a Z' boson which couples to the right-handed up-type quarks in the standard model (SM). To make the models have realistic renormalizable Yukawa couplings, we introduce new Higgs doublets with nonzero U(1)' charges. Anomaly-free condition can be satisfied by adding extra chiral fermions. We show that these models could analyze the discrepancy between the SM prediction and empirical data in the top forward-backward asymmetry at the Tevatron.

연구 동기 및 목표

• 표준모형(SM) 예측값(0.072)과 테바트론 데이터 간 오랜 기간 지속된 괴리, 즉 토프 쿼크 전후 비대칭도 A_FB ≈ 0.21 대비 SM 값의 해결
• U(1)' 전하를 지닌 추가 힉스 이중체를 도입하여 재규격화 가능한 유카와 결합을 갖는 현실적인 모형 구축
• 기타 쿼크와의 상호작용을 유지하면서도, 추가적인 카이랄 페르미온을 통해 게이지 이상수를 보상함으로써 유형에 따라 달라지는 결합 유지
• Z'과 힉스 보존 간섭이 동일 전하의 토프 쿼크 쌍 생성을 억제하여 LHC 제약 조건을 피할 수 있는 방식 설명
• 실험적 제약 조건을 위반하지 않으면서도 토프 쿼크 부문에서의 색다른 중성미온의 상호작용 가능 프레임워크 제공

제안 방법

• 오른쪽 편향된 업형 쿼크만이 U(1)' 대칭에 따라 전하를 지닌 카이랄 U(1)' 대칭을 가정
• 업형 쿼크의 재규격화 가능한 유카와 결합을 가능하게 하기 위해 U(1)' 전하가 −u_i인 추가 힉스 이중체 도입
• 이중단위 변환 행렬(R^u)을 사용하여 업쿼크 질량 행렬을 대각화함으로써, 유형 간 이격된 결합(g_R^u)_{ij} 유도
• Z' 상호작용 라그랑지안 구축: 𝒟 = g'Z'^μ (g_R^u)_{ij} ū_R^i γ_μ u_R^j, 색다른 중성미온 상호작용 허용
• 힉스 보존의 유카와 상호작용 포함: 𝒟 = −Y_ij^u ū_L^i u_R^j h + iY_ij^a ū_L^i u_R^j a + h.c., 비대칭 결합 포함
• 추가 페르미온(예: 새로운 쿼크 세대, SU(2) 이중체 또는 SU(3) 삼중체)를 통해 게이지 이상수 보정

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유형에 따라 달라지는 오른쪽 편향된 업형 쿼크에 대한 Z' 결합을 갖는 현실적인 카이랄 U(1)' 모형이 테바트론의 토프 쿼크 전후 비대칭도를 설명할 수 있는가?
• RQ2 U(1)' 전하를 지닌 추가 힉스 이중체가 유카와 결합과 토프 쿼크 생성의 현상학적 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 Z'과 힉스 보존 기여 간 간섭이 LHC에서의 동일 전하의 토프 쿼크 쌍 생성을 어느 정도 억제할 수 있는가?
• RQ4 테바트론 및 LHC 제약 조건을 동시에 만족시키는 Z' 질량, 힉스 질량, 유카와 결합의 타당한 매개변수 영역은 무엇인가?
• RQ5 이러한 모형이 동시에 토프 쿼크 붕괴 분포율 제약 조건과 t̄t 생성 횡단면 측정치를 만족시킬 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 레프톤+jets 채널에서 A_FB ≈ 0.158 ± 0.075의 토프 전후 비대칭도를 달성하며, CDF 데이터와 일치한다.
• Z'과 힉스 보존 기여 간 간섭으로 인해 동일 전하의 토프 쿼크 쌍 생성 횡단면이 σ(tt) < 17 pb로 감소하여 CMS 제약 조건을 충족한다.
• 허용 가능한 매개변수 영역는 0.005 < α_x < 0.014를 요구하며, 여기서 α_x ≡ (g' (g_R^u)_{ut})² / (4π)이며, 0.75 < Y_tu < 1.3, 0.9 < Y_tu^a < 1.5이다.
• 힉스 질량는 180 GeV < m_h < 250 GeV로 제약되며, m_a는 180–1000 GeV 범위 내에서 제약 없이 가능하다.
• 모형은 Y_tu^a ≈ 1.1의 상당한 색다른 중성미온 결합을 예측하며, 이는 비-Wb 붕괴 모드의 5% 이하의 토프 쿼크 붕괴 분포율 제약 조건과 일치한다.
• 표준모형(NLO 기여 약 7%)이 포함되어 있지 않으며, 이는 이 모형의 기여가 이 항목을 포함함으로써 더욱 증가할 수 있음을 시사한다.