[논문 리뷰] Search for Low-Scale Technicolor at the Tevatron

Kenneth Lane|ArXiv.org|2006. 05. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 CDF와 DØ에서 관측된 디제트 및 $Wjj$ 질량 분포에서 110 GeV 부근에 지속적인 $ sim2\sigma$ 초과 현상이 존재함에 따라, 저스케일 테크니컬러 모델에서 기인하는 기술리오($ ho_T$) 및 기술아오메가($ omega_T$) 입자의 공명 붕괴를 통한 테바트론에서의 재검색을 주장한다. 이는 $W\pi_T$ 및 $ gamma\pi_T$로의 붕괴를 포함한다. 논문은 $M_{\pi_T} \approx 120$ GeV를 가진 기술컬러 스트로우맨 모델(TCSM)을 제안하며, 몇 편버른의 단위로 예측되는 단면적을 제시하고, 잔류된 새로운 물리 현상의 힌트를 해결하기 위해 런 2 데이터의 즉각적인 분석을 촉구한다.

ABSTRACT

CDF and D0 each have more than 1 inverse femtobarn of data on tape, and their stores are increasing. This should be sufficient to carry out significant searches for low-scale technicolor in rho_T --> W pi_T and omega_T, rho_T --> gamma pi_T, processes whose cross sections may be as large as several picobarns. In this note we motivate and describe the Technicolor Straw Man framework for these processes and we urge that they be sought soon in the Run 2 data. (This paper is a contribution to the TeV4LHC Landscapes project.)

연구 동기 및 목표

• CDF와 DØ의 런 1 및 런 2 데이터에서 관측된 110 GeV 부근의 디제트 및 $Wjj$ 질량 분포에서 지속적인 $ sim2\sigma$ 초과 현상을 설명하기 위해 저스케일 테크니컬러를 다루는 것.
• 이러한 초과 현상을 $\rho_T$ 및 $ omega_T$ 공명이 $W\pi_T$ 및 $ gamma\pi_T$로 붕괴하는 신호로 해석할 수 있는 구체적인 이론적 프레임워크인 기술컬러 스트로우맨 모델(TCSM)을 제안하는 것.
• 현재 $>1.5\,{\rm fb}^{-1}$의 데이터가 확보되어 있음을 감안해, 실험 협력체가 이러한 특정 테크니컬러 붕괴 모드를 위한 런 2 데이터 분석을 즉각 수행할 것을 촉구하는 것.
• 실험적 탐색을 안내하고 발견 가능성을 평가하기 위해 주요 테크니컬러 붕괴 채널의 정량적 단면적 추정치를 제공하는 것.

제안 방법

• 기술리오($\rho_T$)의 질량은 약 $210\,{\rm GeV}$, 기술아오메가($\omega_T$)의 질량은 약 $200-220\,{\rm GeV}$로 가정하고, 기술피온($\pi_T$)의 질량는 약 $120\,{\rm GeV}$로 설정한다. 기술피온의 붕괴 상수는 $F_T \sim 246\,{\rm GeV}/\sqrt{N_D}$로 가정한다.
• EHLQ parton 분포 함수를 사용하여 $p\bar{p} \to \rho_T \to W\pi_T$ 및 $\rho_T \to \gamma\pi_T$의 단면적을 계산하고, 고차항 QCD 보정을 고려하기 위해 K-팩터 1.4를 적용한다.
• 모델은 $Q_U + Q_D = 5/3$로 가정하고, $M_V \in [100, 500]\,{\rm GeV}$를 일반적인 테크니컬러 질량 척도로 설정하며, 반응률은 $(Q_U + Q_D)^2 / M_V^2$ 비례로 스케일링된다.
• $\rho_T \to W\pi_T$, $Z\pi_T$, $\gamma\pi_T$, $e^+e^-$ 최종 상태의 생성률을 평가하며, $W\pi_T$ 채널이 열려 있을 경우 $\gamma\pi_T$ 붕괴는 주로 $\omega_T$ 공명에 의해 지배된다.
• $M_V = 100$ 및 $500\,{\rm GeV}$에 대해 $e^+e^-$ 및 $\gamma\pi_T$ 최종 상태의 진동 질량 분포를 시뮬레이션하여, $M_{\omega_T} \approx M_{\rho_T}$일 때 간섭 효과를 보여준다.
• $b$-태깅 효율성과 제트 배경 억제를 고려하며, $b$-태깅된 $\gamma\pi_T$ 모드가 $gg \to \pi_T^{0\prime}$ 붕괴에 의해 희석될 수 있음을 지적한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 110 GeV 부근의 디제트 및 $Wjj$ 질량 스펙트럼에서 지속적인 $ sim2\sigma$ 초과 현상은 저스케일 테크니컬러 공명에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 TCSM 프레임워크 하에서 테바트론에서 $\rho_T \to W\pi_T$ 및 $\omega_T \to \gamma\pi_T$의 기대 생성 단면적은 얼마인가?
• RQ3 $\omega_T$–$\rho_T$ 간섭 효과와 $M_V$ 의존성은 $e^+e^-$ 및 $\gamma\pi_T$ 진동 질량 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 약 $5\,{\rm pb}$의 $WH$ 단면적을 암시하는 관측된 약 $110\,{\rm GeV}$ 디제트 초과 현상은 $\rho_T$ 또는 $\omega_T$ 가 $b\bar{b}$ 최종 상태로 붕괴함으로써 설명될 수 있는가?
• RQ5 런 2 데이터가 $>1.5\,{\rm fb}^{-1}$ 이상 확보되어 있는 상황에서, 테바트론에서 $\rho_T$ 및 $\omega_T$ 붕괴를 위한 최적의 실험적 탐색 전략는 무엇인가?

주요 결과

• CDF 런 1 데이터에서 $\omega_T \to \gamma\pi_T$ ($\pi_T \to b+$ 제트)에 대해 관측된 약 $110\,{\rm GeV}$ 부근의 $ sim2\sigma$ 초과 현상은 런 2에서 반복되지 않았지만, 충분한 데이터가 확보되어 있었다.
• CDF 런 2 데이터는 디제트 질량에서 약 $110\,{\rm GeV}$, $Wjj$ 질량에서 약 $210\,{\rm GeV}$ 부근에 작은 초과 현상을 보였으며, 이는 $M_{\pi_T} \approx 120\,{\rm GeV}$ 및 $M_{\rho_T} \approx 230\,{\rm GeV}$와 일치한다.
• $320\,{\rm pb}^{-1}$의 $WH \to \ell\nu b\bar{b}$ 탐색에서 $M_{jj} \approx 110\,{\rm GeV}$ 부근에 $2\sigma$ 초과 현상이 관측되었고, 이는 표준모형 예측인 $\sim0.1\,{\rm pb}$보다 훨씬 큰 약 $5\,{\rm pb}$의 $WH$ 단면적을 암시한다.
• DØ 역시 $WH \to \ell\nu b\bar{b}$에서 $Wjj$ 디제트 질량 스펙트럼에서 $110\,{\rm GeV}$ 부근에 약 $2\sigma$ 초과 현상을 관측하여, 두 실험 간의 신호 일관성을 강화한다.
• TCSM는 $\rho_T \to W\pi_T$ 및 $\omega_T \to \gamma\pi_T$ 모드에 대해 몇 펌버른의 단면적을 예측하며, 이는 $M_V$와 $Q_U + Q_D$에 민감하게 의존한다. Drell-Yan 유사 단면적에는 약 $\sim1.4$의 K-팩터를 적용한다.
• $M_V = 500\,{\rm GeV}$일 경우, $M_{\omega_T} \approx M_{\rho_T} = 210\,{\rm GeV}$일 때 $\omega_T, \rho_T \to e^+e^-$ 단면적은 $0.12\,{\rm pb}$에서 $0.25\,{\rm pb}$로 증가하여 발견 가능성은 향상된다.