[논문 리뷰] Top-Quark Forward-Backward Symmetry

Susanne Westhoff|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 애너르키컬 플레처 구조를 가진 Randall-Sundrum 모형이 테바트론에서 관측된 토프-쿼크 전진-후진 비대칭을 설명할 수 있는지 조사한다. 강한 토프-쿼크 결합에도 불구하고, 나무 수준의 비대칭은 경량 쿼크가 부스러지기 때문에 억제된다. 다음으로 높은 순서 보정은 이 억제를 부분적으로 해제하지만, 대칭 기여에 의해 초과 보정되며, 결과적으로 표준모형 예측보다 비대칭이 감소한다. 이는 이 틀 안에서 비대칭을 증가시킬 수 없음을 의미한다.

ABSTRACT

Top-quark pair production at the Tevatron is discussed within the Randall-Sundrum model of warped extra dimensions. Generically, the exchange of massive Kaluza-Klein gluons has the potential to generate a large forward-backward asymmetry. In models with an anarchic flavor structure, however, their coupling to the light quarks inside the proton is strongly suppressed. The consequent suppression of the asymmetry at tree level is lifted at next-to-leading order. Still, it is not possible to increase the forward-backward asymmetry with respect to the Standard-Model prediction in this framework.

연구 동기 및 목표

• 애너르키컬 플레처 구조를 가진 Randall-Sundrum 모형이 큰 토프-쿼크 전진-후진 비대칭을 생성할 수 있는지 평가하기.
• 테바트론에서의 토프-쿼크 쌍 생성에서 Kaluza-Klein 글루온 교환의 역할을 분석하기.
• 다음으로 높은 순서 양자 보정이 나무 수준의 비대칭 억제를 극복할 수 있는지 결정하기.
• CDF가 측정한 고질량 전진-후진 비대칭에서 관측된 $3.2\sigma$ 초과를 이 모형이 설명할 수 있는지 평가하기.
• t\bar{t} 관측치에서 유도된 효과적 양자장 이론 매개변수를 사용하여 모형을 제약하기.

제안 방법

• fermion 질량 계층을 부스러지에서의 국소화를 통해 기술하는 왜곡된 추가 차원을 가진 Randall-Sundrum 모형을 사용한다.
• QCD에서의 다음으로 높은 순서 보정을 계산하기 위해 효과적 양자장 이론 접근법을 사용하며, Kaluza-Klein 글루온 기여를 포함한다.
• 전진-후진 비대칭 $A_{\rm{FB}}^{t}$ 를 $t\bar{t}$ 최종 상태에서 비대칭 및 대칭 단면적의 비율인 $\sigma_a / \sigma_s$ 로 계산한다.
• 실험 데이터에서 $\sigma_{t\bar{t}}$, $d\sigma_{t\bar{t}}/dM_{t\bar{t}}$, 및 $A_{\rm{FB}}^{t}$ 를 적용하여 효과적 결합 $\tilde{C}_{u\bar{u}}^{V}$ 와 $\tilde{C}_{u\bar{u}}^{A}$ 에 대한 제약 조건을 추출한다.
• 벡터 및 아кси얼-벡터 결합이 고질량 $M_{t\bar{t}}$ 및 총 단면적에서 비대칭에 미치는 영향을 평가한다.
• 모형 예측을 CDF 측정치와 비교하여 이 틀 안에서 달성 가능한 최대 비대칭을 결정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 애너르키컬 플레처 구조를 가진 Randall-Sundrum 모형이 Kaluza-Klein 글루온 교환을 통해 큰 토프-쿼크 전진-후진 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ2 강한 토프-쿼크-결합에도 불구하고 이 모형에서 나무 수준의 전진-후진 비대칭은 왜 억제되는가?
• RQ3 다음으로 높은 순서 보정이 애너르키컬 플레처 설정에서 비대칭의 억제를 어느 정도 해제하는가?
• RQ4 고질량 전진-후진 비대칭에서 관측된 $3.2\sigma$ 초과는 이 모형으로 설명될 수 있는가?
• RQ5 전체 $t\bar{t}$ 관측치에 대한 피팅에서 효과적 벡터 및 축성-벡터 결합에 대한 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 애너르키컬 플레처 RS 모형에서 나무 수준의 전진-후진 비대칭은 경량 쿼크에 대한 KK 글루온 결합의 강한 억제로 인해 무시할 만큼 작다.
• 다음으로 높은 순서 보정은 전하 비대칭 기여를 생성하지만, 동시에 발생하는 1차 대칭 기여에 의해 초과 보정되며, 비대칭이 정규화된다.
• 결과적으로 전진-후진 비대칭은 항상 표준모형 예측보다 감소하며, 유일한 벡터 기여에서 95% 신뢰수준에서 최대 $5.8\%$ 의 값을 도출한다.
• 이 모형은 실험적으로 관측된 $15.0\pm 5.0\%$ 의 비대칭을 실험 프레임에서 설명할 수 없다. 표준모형 예측보다 더 작은 비대칭을 예측하기 때문이다.
• 최적 피팅 점 $(\tilde{C}_{u\bar{u}}^{A}, \tilde{C}_{u\bar{u}}^{V}) = (8.3, 1.4)$ 가 도출되었으며, 이는 나무 수준에서 큰 축성-벡터 결합이 필요하며, 이는 애너르키컬 플레처 설정에서는 자연스럽지 않다.
• KK 스케일이 $1\,\rm{TeV}$ 인 경우, 모형은 비대칭에 대해 오직 $-0.05\%$ 의 보정만을 예측하여, 이 모형이 관측된 초과를 설명할 수 없음을 확인한다.