[论文解读] Possible Common Origin of the Top Forward-backward Asymmetry and the CDF Dijet Resonance

Dong‐Won Jung, Pyungwon Ko+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用 10

一句话总结

本文提出一个单一的中性无色矢量玻色子，作为对 Tevatron 处 CDF 二喷注共振（120–160 GeV）和顶夸克正向-反向不对称性的共同解释。它识别出耦合的特定手征性和味结构——特别是右手中性顶夸克耦合和味违反相互作用——这些结构可同时容纳两种异常现象，其中顶夸克正向-反向不对称性主要由对味违反耦合敏感的 t-通道图主导。

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.

研究动机与目标

• 研究一个新物理粒子是否能同时解释 CDF 二喷注共振和顶夸克正向-反向不对称性。
• 识别新中性矢量玻色子与夸克之间耦合的手征性和味结构，以同时重现两种实验异常。
• 探讨涉及纵向顶夸克极化的可观测量如何区分顶夸克对产生中的味守恒与味违反新物理。
• 评估该模型在现有 LHC 和 Tevatron 约束下的可行性，特别是来自 UA2 和 D0 的约束。
• 为未来构建模型和寻找反 leptophobic、轻量、无色矢量玻色子的对撞机实验提供现象学基础。

提出的方法

• 通过一个模型无关的有效拉格朗日量，引入一个中性无色矢量玻色子 $V_\mu$，其与夸克的耦合具有味守恒和味违反特性。
• 使用部分子阶微分截面计算 $p\bar{p} \to WV$ 和 $t\bar{t}$ 的产生过程，包括 t-通道和 s-通道图的干涉效应。
• 应用部分子分布函数和运动学约束，计算 Tevatron 上 $WV$ 和 $t\bar{t}$ 的产生截面。
• 施加来自 UA2 对 $g^{u,d}_{R}$ 的限制以及 D0 对 $\sigma(p\bar{p} \to W^\pm V)$ 的限制，以限制可行的耦合区域。
• 分析在味守恒和味违反情景下，顶正向-反向不对称性对 $g^{t}_{R}$ 和 $\tilde{g}^{t}_{R}$ 的依赖关系。
• 评估 LHC 上的信号，包括 $\sigma(pp \to W^\pm V) \sim 22-24$ pb（在 7 TeV 时），用于区分模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个单一的中性矢量玻色子能否同时解释 CDF 二喷注共振和顶夸克正向-反向不对称性？
• RQ2 需要何种手征性和味结构的耦合，才能同时容纳两种异常？
• RQ3 纵向顶夸克极化和自旋-自旋关联如何帮助区分味守恒与味违反的新物理？
• RQ4 现有 Tevatron 和 LHC 数据对允许的耦合参数施加了哪些约束？
• RQ5 在味守恒与味违反情景下，LHC 上的产生截面有何差异？

主要发现

• 在味守恒情景下，若 $g^{t}_{R} \sim 0.67-1.4$ 且 $g^{u}_{R} \sim 0.25$ 或 $g^{d}_{R} \sim 0.6$，则可通过右手中性顶夸克耦合主导的机制独立解释顶夸克正向-反向不对称性，而无需依赖 $WV$ 截面。
• 在味违反情景下，若 $\tilde{g}^{t}_{R} \sim 0.5$ 且 $g^{u}_{L} = -g^{d}_{L} \sim 0.064-0.13$ 或 $g^{u}_{L} \sim 0.12-0.24$，则可同时解释二喷注共振（$\sigma \sim 1-4$ pb）和正向-反向不对称性。
• 在味违反情景中，t-通道图主导了顶夸克对的产生，使得不对称性主要对 $\tilde{g}^{t}_{R}$ 敏感，而与 $WV$ 截面无关。
• WV 截面对 $g^{u}_{L}$ 和 $g^{d}_{L}$ 敏感，当 $m_V = 150$ GeV 且 $g^{u}_{L}, g^{d}_{L} \sim 0.12-0.24$ 时，可实现 $\sigma(p\bar{p} \to W^\pm V) \sim 1-4$ pb。
• 对于 $m_V = 150$ GeV，$\tilde{g}^{t}_{R} \sim 0.5$ 的味违反解在 95% 置信水平下被 LHC 约束排除，因为 LHC 限制 $\tilde{g}^{t}_{R} \lesssim 0.4$。
• 在 7 TeV 时，LHC 上 $pp \to W^\pm V$ 的产生截面预测值约为 22 pb（味守恒）和 24 pb（味违反），为未来发现或排除提供了关键信号。