[论文解读] Constraints on four-fermion interactions from the $t\bar{t}$ charge asymmetry at hadron colliders

Martín Perelló, M. Vos|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 37被引用 5

一句话总结

本文利用 Tevatron 和 LHC 的电荷不对称性测量与截面测量，约束了强子对撞机中顶夸克对产生过程中的四费米子相互作用。结果表明，电荷不对称性测量比截面数据更具敏感性，尤其是在顶夸克处于增强能动量状态时；推导出 95% 置信水平下的限制为 −0.06 < C¹v²/Λ² < 0.10 和 −0.04 < C²v²/Λ² < 0.11，与标准模型一致，且与超过 2 TeV 的直接共振搜索结果具有可比性。

ABSTRACT

The charge asymmetry in top quark production at hadron colliders is sensitive to beyond-the-Standard-Model four-fermion interactions. In this study we compare the sensitivity of cross-section and charge asymmetry measurements to effective operators describing four-fermion interactions and study the limits on the validity of this approach. A fit to a combination of Tevatron and LHC measurements yields stringent limits on the linear combinations $C_1$ and $C_2$ of the four-fermion effective operators.

研究动机与目标

• 评估顶夸克对产生测量对标准模型之外四费米子相互作用的敏感性。
• 比较截面测量与电荷不对称性测量在约束有效四费米子算符方面的相对能力。
• 评估在高能区，特别是增强顶夸克区，有效算符方法的有效性。
• 在上夸克与下夸克类型夸克耦合为味不变的假设下，推导出维数-6 四费米子算符的稳健约束。
• 预测 13 TeV LHC 数据的未来约束，包括电荷不对称性与截面的高精度测量。

提出的方法

• 该研究采用有效场论框架，引入维数-6 四费米子算符，将拉格朗日量展开为 L_eff = L_SM + (1/Λ²)ΣC_i O_i。
• 在上夸克与下夸克类型夸克耦合强度相等的假设下，将全部七种四费米子算符简化为两个有效组合 C¹ 和 C²。
• 该分析将 Tevatron 和 LHC 中顶夸克对产生截面与电荷不对称性的联合测量结果用于约束 C¹ 和 C²。
• 通过计算维数-6 算符的平方来估计 Λ⁻⁴ 项的大小，以确保有效场论的有效性。
• 拟合过程包括包含与微分测量，特别关注增强 t-t̄ 产生过程，该过程对四费米子相互作用的敏感性更高。
• 假设在增强能区电荷不对称性精度为 0.5%，截面精度为 4%，对 13 TeV LHC 数据的未来约束进行了预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 电荷不对称性测量与截面测量在约束顶夸克对产生中四费米子相互作用时的敏感性如何比较？
• RQ2 基于 Tevatron 和 LHC 数据，四费米子算符的线性组合 C¹ 与 C² 的 95% 置信水平限制为何？
• RQ3 在高能、增强顶夸克对产生区，有效算符方法在多大程度上仍然有效，尤其当 Λ⁻⁴ 项可能变得显著时？
• RQ4 未来 13 TeV LHC 测量若电荷不对称性精度达到 0.5%，是否能提供比当前数据更紧的约束？
• RQ5 截面与不对称性测量需要达到何种精度，才能使 C¹ 与 C² 的约束达到 Λ⁻⁴ 项可忽略的程度？

主要发现

• 有效算符的 95% 置信水平限制为 −0.06 < C¹v²/Λ² < 0.10 和 −0.04 < C²v²/Λ² < 0.11，与标准模型预测的零值一致。
• LHC 中的电荷不对称性测量对约束四费米子相互作用比截面测量更敏感。
• 在增强顶夸克区的微分测量显著提升了敏感性，若获得高精度数据，可实现更紧的约束。
• 包含 13 TeV LHC 数据且电荷不对称性精度为 0.5% 时，其约束弱于当前的 LHC8 数据，原因在于 q̄q 初始态过程的稀释。
• 为使有效算符方法在增强区保持有效，其有效区间受限于 |C̄_X| < 0.03，要求截面精度低于 4%，电荷不对称性精度低于 0.5%，方可探测该区域。