[논문 리뷰] Top polarisation measurement and anomalous $Wtb$ coupling

Arun Prasath, Rohini M. Godbole외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 05. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 고속으로 빠지는 상황에서의 토큰 쿼크 붕괴 생성물의 운동학적 비대칭성을 도입하여, 토큰 쿼크의 스핀 분포와 비정상적인 $Wtb$ 상호작용을 탐색한다. 특히 고속으로 빠지는 상황에서 종단적 스핀 분포에 민감한 관측량이 $Wtb$ 접합점에서의 새로운 물리 현상을 더 잘 감지할 수 있음을 보여주며, $χ^2$ 분석을 통해 여러 비대칭성을 통합할 경우 더 강력한 제약 조건을 도출할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

Kinematical distributions of decay products of the top quark carry information on the polarisation of the top as well as on any possible new physics in the decay of the top quark. We construct observables in the form of asymmetries in the kinematical distributions to probe their effects. Charged-lepton angular distributions in the decay are insensitive to anomalous couplings to leading order. Hence these can be a robust probe of top polarisation. However, these are difficult to measure in the case of highly boosted top quarks as compared to energy distributions of decay products. These are then sensitive, in general, to both top polarisation and top anomalous couplings. We compare various asymmetries for their sensitivities to the longitudinal polarisation of the top quark as well as to possible new physics in the $Wtb$ vertex, paying special attention to the case of highly boosted top quarks. We perform a $\chi ^2$- analysis to determine the regions in the longitudinal polarisation of the top quark and the couplings of the $Wtb$ vertex constrained by different combinations of the asymmetries. Moreover, we find that use of observables sensitive to the longitudinal top polarisation can add to the sensitivity to which the $Wtb$ vertex can be probed.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 충돌에서 토큰 쿼크 스핀 분포를 탐색하기 위한 강력하고 운동학적으로 민감한 관측량을 개발하기 위해.
• 특히 고속으로 빠지는 상황에서 토큰 쿼크 스핀 분포와 비정상적인 $Wtb$ 상호작용에 민감한 비대칭성을 규명하기 위해.
• 다양한 비대칭 측정치를 통합하여 종단적 스핀 분포와 $Wtb$ 접합점 상호작용 계수에 대한 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상 탐지에서 다양한 비대칭성의 상대적 민감도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 토큰 쿼크 붕괴 생성물의 운동학적 분포에서 비대칭성을 관측량으로 구성하며, 주로 각도 및 에너지 분포에 중점을 둔다.
• 양성자-전자 각도 분포를 사용하여 종단적 스핀 분포를 안정적으로 탐지할 수 있으며, 이는 1차적으로 비정상적인 상호작용에 영향을 받지 않는다.
• 붕괴 생성물의 에너지 분포를 분석하여 고속 토큰 쿼크 사건에서 스핀 분포와 비정상적인 상호작용에 민감한 특성을 규명한다.
• $χ^2$ 분석을 수행하여 종단적 토큰 스핀 분포와 $Wtb$ 상호작용 계수에 대한 제약 조건을 정량화한다.
• 다양한 비대칭성이 다양한 운동학적 영역에서 종단적 스핀 분포와 비정상적인 상호작용에 대해 어떤 민감도를 보이는지 비교한다.
• 종단적 스핀 분포에 민감한 관측량을 통합하여 $Wtb$ 접합점 물리 현상에 대한 전체 민감도를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고속으로 빠지는 토큰 쿼크 붕괴에서 어떤 운동학적 비대칭성이 종단적 스핀 분포에 가장 민감한가?
• RQ2 붕괴 생성물의 에너지 분포는 비정상적인 $Wtb$ 상호작용 탐색에서 각도 분포와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 토큰 스핀 분포에 민감한 관측량이 $Wtb$ 접합점 상호작용 계수에 대한 제약 조건을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 $Wtb$ 접합점에서 새로운 물리 현상이 존재할 경우, 다양한 비대칭성의 민감도는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 양성자-전자 각도 분포는 비정상적인 상호작용에 1차적으로 영향을 받지 않기 때문에 토큰 쿼크 스핀 분포 탐지에 강력한 수단이다.
• 붕괴 생성물의 에너지 분포는 특히 고속으로 빠지는 상황에서 토큰 스핀 분포와 비정상적인 $Wtb$ 상호작용에 민감하다.
• $χ^2$ 분석 결과, 여러 비대칭성을 통합할 경우 종단적 토큰 스핀 분포와 $Wtb$ 상호작용 계수에 대해 더 강력한 제약 조건을 도출할 수 있음을 확인했다.
• 종단적 스핀 분포에 민감한 관측량은 $Wtb$ 접합점에서의 새로운 물리 현상 감지 민감도를 크게 향상시킨다.
• 이 연구는 고에너지 토큰 쿼크 사건에서 토큰 스핀 분포와 비정상적인 상호작용을 동시에 탐색하는 데 최적임을 규명한 특정 비대칭성을 규명했다.