[論文レビュー] Top polarisation measurement and anomalous $Wtb$ coupling

Arun Prasath, Rohini M. Godbole+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、特に高エネルギーでブーストされた状態におけるトップクォークの極化および異常な $Wtb$ 耦合を調べるために、トップクォーク崩壊生成物における運動論的非対称性を導入する。非対称性の組み合わせにより、$χ^2$ 分析によって、$Wtb$ 頂点における新しい物理の制約が向上することを示している。

ABSTRACT

Kinematical distributions of decay products of the top quark carry information on the polarisation of the top as well as on any possible new physics in the decay of the top quark. We construct observables in the form of asymmetries in the kinematical distributions to probe their effects. Charged-lepton angular distributions in the decay are insensitive to anomalous couplings to leading order. Hence these can be a robust probe of top polarisation. However, these are difficult to measure in the case of highly boosted top quarks as compared to energy distributions of decay products. These are then sensitive, in general, to both top polarisation and top anomalous couplings. We compare various asymmetries for their sensitivities to the longitudinal polarisation of the top quark as well as to possible new physics in the $Wtb$ vertex, paying special attention to the case of highly boosted top quarks. We perform a $\chi ^2$- analysis to determine the regions in the longitudinal polarisation of the top quark and the couplings of the $Wtb$ vertex constrained by different combinations of the asymmetries. Moreover, we find that use of observables sensitive to the longitudinal top polarisation can add to the sensitivity to which the $Wtb$ vertex can be probed.

研究の動機と目的

• 高エネルギー衝突におけるトップクォークの極化を調べるための、頑健で運動論的感度の高い観測量を開発すること。
• 特に高エネルギーでブーストされた状態において、トップクォークの極化および異常な $Wtb$ 耦合に敏感な非対称性を同定すること。
• 複数の非対称性測定を組み合わせることで、トップクォークの縦方向極化および $Wtb$ 頂点の耦合パラメータに対する制約を強化すること。
• 標準模型を超えた新しい物理を検出する際の、さまざまな非対称性の相対的な感度を評価すること。

提案手法

• トップクォーク崩壊生成物の運動論的分布における非対称性として観測量を構築し、特に角度分布およびエネルギー分布に注目する。
• 電荷を帯びたレプトンの角度分布を、一次のオーダーで異常な耦合に影響されないトップ極化の強力なプローブとして使用する。
• 崩壊生成物のエネルギー分布を分析し、ブーストされたトップクォークイベントにおいて、極化および異常な耦合に敏感であることを検証する。
• $χ^2$ 分析を実施し、縦方向極化および $Wtb$ 耦合パラメータに対する制約を定量化する。
• さまざまな非対称性が、異なる運動論的領域における縦方向極化および異常な耦合に対して、どの程度感度を持つのかを比較する。
• 縦方向極化に敏感な観測量を統合し、$Wtb$ 頂点物理学に対する全体的な感度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーでブーストされたトップクォーク崩壊において、どの運動論的非対称性がトップクォークの縦方向極化に対して最も感度が高いか？
• RQ2 崩壊生成物のエネルギー分布は、異常な $Wtb$ 耦合を調べるうえで、角度分布と比べてどの程度優れているか？
• RQ3 トップ極化に敏感な観測量は、$Wtb$ 頂点耦合に対する制約をどの程度改善できるか？
• RQ4 $Wtb$ 頂点に新しい物理が存在する場合、さまざまな非対称性の感度はどのように変化するか？

主な発見

• 電荷を帯びたレプトンの角度分布は、一次のオーダーで異常な耦合に影響されないため、トップクォークの極化を調べる強力なプローブである。
• 崩壊生成物のエネルギー分布は、特に高エネルギーでブーストされた状態において、トップ極化および異常な $Wtb$ 耦合に敏感である。
• $χ^2$ 分析により、複数の非対称性を組み合わせることで、縦方向極化および $Wtb$ 耦合に対する制約が厳しくなることが明らかになった。
• 縦方向極化に敏感な観測量は、$Wtb$ 頂点における新しい物理の感度を顕著に向上させる。
• 本研究では、高エネルギーのトップクォークイベントにおいて、トップ極化および異常な耦合を両方効果的に調べるための最適な非対称性を同定した。