[論文レビュー] Probing New Physics using top quark polarization in the e$^+$e$^-$ $ o$ t $\bar t$ process at future Linear Colliders

P. H. Khiem, E. Kou+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、将来の線形衝突機におけるe⁺e⁻ → t̄t反応におけるトップクォークのスピン配向を用いて、行列式法により新しい物理学を探る手法を提案する。√s = 500 GeVで500 fb⁻¹のデータを得た場合、Vt̄t結合をパrameter化する10個の形態因子を1%未塔の精度で同時に決定可能であることが示され、NLO電弱補正では顕著なスピン依存性のパターンが現れる。これは、精度研究において完全なNLO処理が不可欠であることを示唆している。

ABSTRACT

14 pages, 4 figures, Proceedings for the TYL-FJPPL workshops on "Top Physics at ILC"

研究の動機と目的

• 標準模型を越える新しい物理学に対するトップクォークのスピン配向の感受性を調査すること。
• 木レベルでの完全な力学的再構成が、完全にレプトン最終状態 (l⁺l⁻b̄bνν̄) において可能かどうかを評価すること。
• 行列式法を用いて、Vt̄t結合をパrameter化する10個の形態因子がどの程度の精度で抽出できるかを特定すること。
• 次-leading order (NLO) 電弱補正がスピン測定に与える影響、特に偏光付きビームの場合のパターンを評価すること。
• 将来の線形衝突機におけるトップクォークのスピン配向を用いた精度の高い電弱測定の基盤を築くこと。

提案手法

• 運動量保存則と質量制約を用いて、完全にレプトン最終状態 l⁺l⁻b̄bνν̄ からの全力学的再構成に行列式法を適用する。
• 6つの未知のニュートリノ運動量を求めるために、4つの運動量保存則とt, t̄, W⁺, W⁻の4つの質量制約の合計8つの制約を用い、2つの解が得られる。
• bジャットのエネルギー測定から得られる追加の制約を導入し、運動論的不確実性を解消し、高い効率で正しい解を選別する。
• 狭い幅近似を仮定し、木レベルでVt̄t結合をパrameter化する有効形態因子を用いて感受性研究を実施する。
• 偏光付きビームを用いてGRACEプログラムによりNLO電弱補正を評価し、還元可能な（QED、フェルミ定数）および還元不能な寄与に分離する。
• 非因子化可能な補正と、NLOにおける有効場理論のパrameter化の限界を検討し、ボックス図などの新しい図式が生じることを考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 将来の線形衝突機において、完全にレプトン最終状態のt̄t系の全力学的再構成が、スピン分析に十分な精度で達成可能か？
• RQ2 行列式法を用いることで、Vt̄t結合の10個の形態因子がどの程度の精度で同時に決定可能か？特に1%未塔の精度で。
• RQ3 NLO電弱補正はスピン観測量にどのように影響を及ぼし、異なるビーム偏光設定で特徴的なパターンを示すか？
• RQ4 行列式法は、単純な角度解析と比較して、CP違反パラメータの感受性をどの程度向上できるか？
• RQ5 完全なNLO補正、特に非因子化可能な図式を含めた場合、形態因子測定の解釈にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 完全にレプトン最終状態のt̄t系の全力学的再構成は、実験的に実現可能であり、bジャットエネルギー制約を用いることでほとんどの場合に正しい解が選別される。
• √s = 500 GeVで500 fb⁻¹のデータを得た場合、行列式法により10個のVt̄t形態因子が1%未塔の精度（約1%）で同時に決定可能である。
• NLO電弱補正は顕著に寄与しており、QEDおよびフェルミ定数の寄与を除いた後でも、約5%の還元不能な補正が残存する。
• NLO補正は顕著なスピン依存性のパターンを示しており、精度分析においてビームの偏光状態を慎重に取り入れる必要があることを示している。
• 行列式法は、CP違反パラメータの感受性を、従来の手法と比較してほぼ1桁向上させ、σ[αr] ≈ σ[αi] ≈ 0.01の精度を達成している。
• LOで用いられる有効形態因子パラメータ化は、NLOでは不適切である。これは、ボックス図などの新しい図式が同じ結合構造では記述できないためである。