[論文レビュー] Determination of Top-quark Asymmetries at the ILC

Philippe Doublet, François Richard+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、√s = 500 GeVにおける国際線形衝突機器（ILC）が、統計的精度1%〜1.5%でトップクォークの前後方向および左右対称性を測定できることを示しており、これは標準模型を超える新しい物理の感受性の高いテストを可能にする。特に、t̄t生成カップリングのずれを通じて。解析では、弱い相互作用のV-A構造に起因する左巻きトップクォークの再構成の二義性が明らかになったが、検出器性能の向上とbクォークの電荷測定によってこれを緩和できる。

ABSTRACT

A study of top quark production at the future International Linear Collider, ILC, with a centre-of-mass energy of 500 GeV is presented. The emphasis is put on determining the sensitivity to physics beyond the Standard Model. The analysis has been carried out with a full simulation of the ILD detector. Both, the forward-backward asymmetry and the left-right asymmetry can be determined to a precision of about 1% to 1.5%. The analysis points out an ambiguity which arises in case of the production of top-quarks with left-handed helicity.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理の探査として、ILCがトップクォークの非対称性に与える感受性を評価すること。
• 特にジェットエネルギー分解能とトップクォークヘリシティの二義性といった、検出器再構成の制限が非対称性測定に与える影響を評価すること。
• 非対称性測定において1%未塔の精度を達成するための必要な検出器性能と再構成品質を特定すること。
• 左巻きトップクォークの再構成の二義性を解消するためのbクォークの電荷測定の可能性を検討すること。

提案手法

• √s = 500 GeVで500 fb⁻¹の統合 luminosity を用いたILD検出器のフルシミュレーション。
• トップクォーク質量、ビームエネルギー、Wボソン質量の制約を組み合わせたχ²に類似した推定器を用いた信号再構成。
• 二次頂点情報、ジェット質量、崩壊長、粒子多重度を用いてトレーニングされたニューラルネットワークを用いたBタグ。
• 一方のWボソンがレプトン的崩壊、他方がハドロン的崩壊する半レプトン的t̄t崩壊に基づくイベント選別。
• 再構成品質の向上と移行効果の低減を目的として、きつい選別条件（d² < 36）を適用。
• 系統的バイアスと移行効果を定量化するために、再構成済み非対称性を部分素粒子レベルとモンテカルロシミュレーションと比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ILCは√s = 500 GeVで、トップクォークの前後方向および左右非対称性を1.5%未塔の統計的精度で測定可能か？
• RQ2 検出器再構成効果、特にジェットエネルギー分解能が、トップクォークヘリシティおよび非対称性測定に与える影響は？
• RQ3 弱い相互作用のV-A構造が、トップクォーク生成角度の再構成に与える影響は何か？この二義性はどのように解消できるか？
• RQ4 bクォークの電荷測定は、トップクォークヘリシティの決定精度をどの程度向上できるか？
• RQ5 非対称性測定に基づいて、Z′ボソンや追加次元といった新しい物理の感受性限界はどの程度か？

主な発見

• 右巻きトップクォークの前後方向非対称性は、統計的精度1.2%で測定可能である。
• 左巻きトップクォークの前後方向非対称性は、統計的精度1.4%で測定可能である。
• 左右非対称性は1.2%の精度で測定可能であり、左性・右性のカップリングはそれぞれ1%および2%の精度で決定可能である。
• 弱い相互作用のV-A構造に起因して、左巻きトップクォークの再構成に顕著な二義性が生じ、再構成済みcosθtスペクトルに移行効果を引き起こす。
• きついイベント選別により効率が52%に低下するが、部分素粒子レベルスペクトルとの一致が向上し、移行効果が低減される。
• Z′ボソンが存在しない場合、非対称性感受性に基づき2.8 TeVまでの新しい物理を探査可能であり、Z′ボソンが存在する場合は25 TeVまで探査可能である。