[논문 리뷰] Search for W' boson production in the top quark decay channel

V. M. Abazov|arXiv (Cornell University)|2006. 07. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 페르미랩의 테바트론 기가 1.96 TeV에서 D0 검출기로부터 확보한 230 pb⁻¹의 데이터를 이용해 무거운 W' 보손이 토프 쿼크와 바텀 쿼크로 붕괴하는 것을 탐색한다. 유의미한 초과는 관측되지 않았으며, 이에 따라 95% 신뢰수준에서 W' 생성 단면적에 대한 상한선을 설정하였고, 표준모형 유사 상호작용을 갖는 W' 질량은 610 GeV 이하, 렙톤과 쿼크로 붕괴하는 오른쪽 편향 상호작용을 갖는 W'는 630 GeV 이하, 오직 쿼크로만 붕괴하는 오른쪽 편향 상호작용을 갖는 W'는 670 GeV 이하가 배제된다.

ABSTRACT

We present a search for the production of a new heavy gauge boson W' that decays to a top quark and a bottom quark. We have analyzed 230 pb$^{-1}$ of data collected with the \\dzero detector at the Fermilab Tevatron collider at a center-of-mass energy of 1.96 TeV. No significant excess of events is found in any region of the final state invariant mass distribution. We set upper limits on the production cross section of W' bosons at the 95% confidence level for several different W' boson masses. We exclude masses below 610 GeV for a W' boson with standard-model-like couplings, below 630 GeV for a W' boson with right-handed couplings that is allowed to decay to both leptons and quarks, and below 670 GeV for a W' boson with right-handed couplings that is only allowed to decay to quarks.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 이론에서 예측하는 새로운 무거운 게이지 보손 W'가 토프 쿼크와 바텀 쿼크로 붕괴하는 것을 탐색하기 위해 토프 쿼크 붕괴 채널을 이용한다.
• 표준모형을 초월한 이론에서 예측하는 W' 보손의 존재를 검증한다.
• D0 검출기에서 확보한 관측 데이터를 바탕으로 W' 보손 질량에 대한 배제 한계를 설정한다.
• 다양한 상호작용 유형(표준모형 유사 대비 오른쪽 편향)이 W' 붕괴 모드와 질량 배제 한계에 미치는 영향을 평가한다.

제안 방법

• 페르미랩 테바트론에서 D0 검출기가 확보한 230 pb⁻¹의 프로톤-양프로톤 충돌 데이터를 분석한다.
• 이벤트 재구성 및 제트 태깅 기법을 사용하여 토프 쿼크와 바텀 쿼크를 포함한 최종 상태를 재구성한다.
• 토프-바텀 최종 상태의 진동 질량 분포를 측정하여 공명을 탐색한다.
• 관측된 분포를 표준모형 배경 예측과 비교하여 잠재적 W' 신호를 식별한다.
• 통계적 방법을 적용하여 W' 생성 단면적에 대한 95% 신뢰수준 상한선을 설정한다.
• 데이터에서 유의미한 신호 초과가 없음을 바탕으로 질량 배제 한계를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 95% 신뢰수준에서 토프 쿼크와 바텀 쿼크로 붕괴하는 W' 보손의 생성 단면적에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ2 표준모형 유사 상호작용을 갖는 W' 보손의 질량 범위 중 데이터가 배제하는 범위는 무엇인가?
• RQ3 다양한 상호작용 구조(예: 오른쪽 편향)가 붕괴 모드와 그에 따른 질량 배제 한계에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 W' 보손 생성과 일치하는 진동 질량 분포에서 유의미한 초과가 있는가?
• RQ5 leptons과 쿼크로 붕괴할 수 있는 W' 보손과 오직 쿼크로만 붕괴하는 W' 보손의 배제 한계는 각각 무엇인가?

주요 결과

• 최종 상태의 진동 질량 분포에서 유의미한 이벤트 초과는 관측되지 않아, W' 보손 생성에 대한 증거가 없다는 것을 시사한다.
• 다양한 W' 질량에 대해 W' 생성 단면적에 대한 95% 신뢰수준 상한선이 설정되었다.
• 표준모형 유사 상호작용을 갖는 W' 보손은 610 GeV 이하에서 배제된다.
• 렙톤과 쿼크로 붕괴하는 오른쪽 편향 상호작용을 갖는 W' 보손은 630 GeV 이하에서 배제된다.
• 오직 쿼크로만 붕괴하는 오른쪽 편향 상호작용을 갖는 W' 보손은 670 GeV 이하에서 배제된다.
• 이 결과는 테바트론에서 토프 쿼크 붕괴 채널을 통한 W' 보손에 대해 지금까지 가장 엄격한 한계를 제공한다.