[论文解读] Cross Section for Topcolor Z' decaying to top-antitop

R. M. Harris, Christopher T. Hill+1 more|ArXiv.org|Nov 9, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 31

一句话总结

本文计算了在√s = 1.8 TeV的质子-反质子碰撞中，顶色辅助Z′玻色子衰变为顶-反顶夸克对的产生截面。研究提出了四种Z′_t模型，其中模型IV的截面最高——在900 GeV时可达121 pb，使其在Tevatron上可能被观测到，尤其是在t\bar{t}衰变道中，因其具有轻子非敏感和顶夸克亲和耦合特性。

ABSTRACT

We present a calculation of the cross section for the process p pbar -> Zt' -> t tbar, the production of a Topcolor Z' with subsequent decay to top quark pairs in proton anti-proton collisions at 1.8 TeV. Variations of the cross section with varying assumptions about the model, the resonance width, the parton distributions and the renormalization scale are presented.

研究动机与目标

• 计算费米实验室Tevatron对撞机中顶色模型下p̄p → Z′_t → t\bar{t}的截面。
• 探讨截面随Z′_t宽度、部分子分布函数及重整化尺度变化的敏感性。
• 评估四种不同的Z′_t模型（I–IV），包括模型IV中一种新颖的轻子非敏感、顶夸克亲和Z′_t。
• 提供更新的截面预测，以取代早期CDF初步结果。
• 评估在当前Tevatron数据中观测或排除Z′_t的可能性，尤其是在t\bar{t}末态中。

提出的方法

• 使用最低阶QCD计算，对初态和末态采用自旋与色度平均的矩阵元。
• 应用Z′_t与第三代夸克和轻子耦合的相互作用拉格朗日量，其中超荷赋值依模型而定。
• 使用CTEQ4L部分子分布函数，并取重整化尺度μ = m_{t\bar{t}}/2计算总截面。
• 将Z′_t宽度Γ从0.01M变化至0.05M以研究宽度依赖性，结果归一化至Γ = 0.02M。
• 在四种模型间比较截面：模型I（标准Z′_t）、II与III（耦合参数修改）、模型IV（轻子非敏感、顶夸克亲和Z′_t）。
• 系统性地变化部分子分布函数（CTEQ2L、CTEQ2′L、CTEQ3L、DO1.1、GRVLO）和重整化尺度（μ = m/4、m、m/2）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Tevatron对撞机中，√s = 1.8 TeV时，顶色Z′_t衰变为t\bar{t}的产生截面是多少？
• RQ2 截面如何随Z′_t宽度变化？这种依赖性在不同模型间是否存在差异？
• RQ3 截面对部分子分布函数和重整化尺度的选择有多敏感？
• RQ4 Tevatron中是否可观测到模型IV的轻子非敏感、顶夸克亲和Z′_t？
• RQ5 更新后的截面与早期CDF初步结果相比如何？能否改进现有约束？

主要发现

• 模型IV（轻子非敏感、顶夸克亲和Z′_t）表现出最高的截面——在900 GeV时达到121 pb，使其在t\bar{t}道中最具可观测性。
• 对于模型I，截面近似与Z′_t宽度成反比，在Γ = 0.02M时，400 GeV处截面为1.34 pb。
• 对于模型II、III和IV，截面近似与宽度成正比，随宽度增大而增加。
• 在400 GeV时，模型IV的截面仍高于100 pb，并在高达900 GeV时超过10 pb，表明其具有强大的发现潜力。
• 部分子分布函数的变化导致截面与CTEQ4L相比最多有~20%的差异，因此CTEQ4L为保守选择。
• 重整化尺度变化（μ = m/4至m）引起截面变化最多达~30%，表明理论不确定性中等。