[论文解读] Can LHC observe an anomaly in ttZ production?

François Richard|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用 4

一句话总结

本文研究了LHC是否能够探测到顶夸克对产生过程中与Z玻色子相联系的潜在异常（ttZ），该异常由额外维模型预测的对标准模型的偏离所驱动。研究认为，若右旋顶夸克分量增强，ttZ截面出现20%至50%的过剩，该现象在8 TeV的LHC上可能被观测到，从而为检验标准模型之外的新物理提供一个信号。

ABSTRACT

The cross section for production at the 7 TeV LHC has been measured. For the first time it therefore becomes possible to measure Z couplings to top quarks. Interpreting the notorious LEP1 anomaly on Z couplings to b quarks in terms of an extra-dimension model, one expects an excess, as large as a factor 2, on the rate which may already become significant with the LHC at 8 TeV data. Other schemes are reviewed which also predict deviations of couplings. The size of the effect and a dramatic increase of the top quarks with the right chirality should confirm our interpretation of the underlying mechanism. Complementary signals observable at LHC are also briefly reviewed.

研究动机与目标

• 评估LHC是否能够观测到由于新物理效应导致的ttZ产生截面偏离。
• 探讨在预测顶夸克耦合增强的额外维模型背景下，LEP1中Z→bb̄耦合异常的含义。
• 评估利用8 TeV LHC数据检测此类偏离的可能性，特别是通过增强的右旋顶夸克。
• 识别LHC中可能证实或排除所提议的新物理机制的互补信号。
• 提供一个现象学框架，将低能Z玻色子异常与LHC高能顶夸克产生联系起来。

提出的方法

• 采用额外维模型（具体为类似Randall-Sundrum的场景）来解释LEP1中Z→bb̄耦合异常。
• 在该模型背景下计算ttZ产生截面，预测其相比标准模型预测有显著增强——最高可达两倍。
• 分析末态中顶夸克的手征结构，强调大比例的右旋顶夸克分量作为关键信号。
• 以7 TeV LHC数据为基准，推算8 TeV下对偏离的敏感度。
• 考虑额外的对撞机信号，如同荷顶夸克对或异常Z耦合，作为互补探测手段。
• 进行现象学分析，估算在LHC中预测的ttZ通道过剩的显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC能否观测到ttZ产生率的偏离，从而表明存在标准模型之外的新物理？
• RQ2 LEP1中Z→bb̄耦合异常在多大程度上可由影响顶夸克耦合的额外维模型来解释？
• RQ3 在该模型中，ttZ截面增强的预期幅度是多少，且是否可在8 TeV的LHC上被探测到？
• RQ4 末态中顶夸克的手征性如何作为底层新物理机制的诊断工具？
• RQ5 LHC中最具前景的互补信号是什么，可用来确认此类新物理效应的存在？

主要发现

• 该论文预测，在额外维模型背景下，ttZ产生截面可能增强至标准模型预测的两倍。
• 右旋顶夸克的显著增加被识别为证实所提议机制的关键信号。
• 若增强幅度在20%至50%之间，8 TeV LHC数据预计具有足够的灵敏度来观测此类偏离。
• 该模型通过涉及高维规范相互作用的共同基础物理机制，解释了LEP1中Z→bb̄异常。
• 同荷顶夸克对或异常Z耦合等互补信号被识别为对观测异常的潜在交叉验证。
• 分析表明，LHC中的ttZ通道为顶夸克耦合中的新物理提供了独特且灵敏的探测手段。