[論文レビュー] Theoretical Expectations in Radiative Top Decays

Gregory Mahlon|ArXiv.org|Oct 26, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、t→WbZ、t→WbH、t→Wbg、およびt→Wbγの放射性トップクォーク崩壊における標準模型の予測を計算している。ZおよびHの最終状態は強く相空間効果によって抑制されており（Br ~10⁻⁷）、トレーランIIでは検出不能であるのに対し、gおよびγモードはそれぞれαsまたはαemによる抑制しか受けないため、十分な統計量があれば観測可能である可能性がある。

ABSTRACT

We summarize the Standard Model predictions for the three-body decays of the top quark t->WbX, where X = Z,H,g or gamma. Because of strong phase space suppression, we find that the branching ratios for the Z and H final states are of order a few times 10^{-7}, rendering them invisible at Tevatron Run II. On the other hand, the decays to g and gamma are suppressed only by the expected factor of alpha_s or alpha_{em}.

研究の動機と目的

• トレーランで稀な放射性トップクォーク崩壊を検出可能な理論的妥当性を評価すること。
• 標準模型の仮定の下で、X = Z、H、g、γ のときの t→WbX 崩壊のブランチング比を定量化すること。
• 相空間およびQCD/QEDの抑制を考慮した場合、トレーランRun IIでどの崩壊モードが実際に観測可能であるかを特定すること。
• 将来のトップクォーク物理学実験の理論的ベンチマークを提供すること。

提案手法

• 有効場理論およびQCD/QED補正を用いて、t→WbX の3体崩壊振幅を計算する。
• 運動量空間統合を適用してブランチング比を計算し、運動的抑制を考慮する。
• αsおよびαemの既知の値を用いて、グルーオンおよび光子最終状態の抑制要因を推定する。
• 相空間抑制（Z/H用）と電磁気/QCD結合定数抑制（g/γ用）のスケールを比較する。
• SMパラメータおよび崩壊力学を用いて、ブランチング比の数値的推定を行う。
• 予想される信号率とバックグラウンドレベルに基づき、トレーランRun IIでの検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において、放射性トップ崩壊 t→WbZ、t→WbH、t→Wbg、t→Wbγ の予測ブランチング比は何か？
• RQ2 相空間およびQCD/QED結合定数要因は、これらの崩壊のブランチング比をどのように抑制するか？
• RQ3 これらの崩壊モードのうち、トレーランRun IIで現実的に観測可能なものはあるか？
• RQ4 これらの崩壊において、相空間抑制と結合定数抑制の相対的重要性は何か？
• RQ5 これらの稀な崩壊に対する理論的期待値は、実験的探索戦略にどのように影響を与えるか？

主な発見

• t→WbZ のブランチング比は約 3×10⁻⁷ であり、相空間によって強く抑制されている。
• t→WbH のブランチング比も同様に約 3×10⁻⁷ と抑制されており、トレーランRun IIでは検出不能である。
• グルーオン（t→Wbg）への崩壊は αs のみによる抑制しか受けず、ブランチング比は 10⁻⁶ 量級である。
• 光子（t→Wbγ）への崩壊は αem のみによる抑制しか受けず、ブランチング比も 10⁻⁶ 量級である。
• 極めて小さな値のため、t→WbZ および t→WbH 崩壊はトレーランRun IIでは実質的に検出不能である。
• t→Wbg および t→Wbγ モードは、十分な統計量があれば実験的観測の対象として現実的である。