[论文解读] New Bound States of Top-anti-Top Quarks and T-balls Production at Colliders (Tevatron, LHC, etc.)

C.D. Froggatt, Л. В. Лаперашвили+3 more|ArXiv.org|Apr 28, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 9

一句话总结

本文提出在标准模型中存在由顶夸克与反顶夸克组成的新型束缚态——T-球，其存在由顶夸克与希格斯玻色子之间的强顶夸克约旦耦合驱动。估算出b夸克取代的最轻T-球质量为300–400 GeV，并预测在对称相与T-球凝聚相之间的相变点处，约旦耦合常数达到临界值 $ g_t \approx 1 $，表明其在 Tevatron 与 LHC 上具有可观测的信号特征。

ABSTRACT

The present talk is based on the assumption that New Bound States (NBSs) of top-anti-top quarks (named T-balls) exist in the Standard Model (SM): a) there exists the scalar 1S - bound state of 6t+6\bar t - the bound state of 6 top-quarks with their 6 anti-top-quarks; b) the forces which bind these top-quarks are very strong and almost completely compensate the mass of the 12 top-anti-top-quarks forming this bound state; c) such strong forces are produced by the interactions of top-quarks via the virtual exchange of the scalar Higgs bosons having the large value of the top-quark Yukawa coupling constant g_t\simeq 1. Theory also predicts the existence of the NBS 6t + 5\bar t, which is a color triplet and a fermion similar to the t'-quark of the fourth generation. We have also considered "b-replaced" NBSs: n_b b + (6t + 6\bar t - n_b t) and n'_b b + (6t + 5\bar t - n'_b t), etc. We have estimated the masses of the lightest "b-replaced" NBS: M_{NBS}\simeq (300 - 400) GeV, and discussed the larger masses of the NBSs. We have developed a theory of the scalar T-ball's condensate, and predicted the existence of the three SM phases, calculating the top-quark Yukawa coupling constant at the border of two phases (with T-ball's condensate and without it) equal to: g_t \approx 1. The searching for the Higgs boson H and T-balls at the Tevatron and LHC is discussed.

研究动机与目标

• 研究在标准模型中由6个顶夸克与6个反顶夸克组成的新型束缚态（T-球）是否存在。
• 在考虑顶夸克约旦耦合与希格斯介导相互作用的前提下，估算b夸克取代的T-球质量。
• 探讨由T-球凝聚引发的标准模型相变，并确定临界约旦耦合常数。
• 通过对撞机实验评估T-球在Tevatron与LHC上探测的可行性。
• 分析T-球形成对电弱对称性自发破缺及希格斯玻色子搜索的影响。

提出的方法

• 假设存在由6个顶夸克与6个反顶夸克组成的自旋为0的束缚态（$6t + 6\bar{t}$），其通过大约旦耦合 $g_t \simeq 1$ 的虚希格斯玻色子交换而稳定。
• 应用有效场论技术来建模T-球凝聚，并推导标准模型中的相结构。
• 使用希格斯势 $V(\varphi) = \mu^2 \varphi^\dagger \varphi + \lambda (\varphi^\dagger \varphi)^2$，其中 $\mu^2 < 0$，以描述自发对称性破缺与T-球形成。
• 在T-球凝聚发生的相变边界处计算顶夸克约旦耦合，发现 $g_t \approx 1$。
• 通过将部分顶夸克替换为b夸克，估算b取代T-球的质量，得到 $M_{\text{NBS}} \simeq (300-400)$ GeV。
• 分析T-球衰变的衰变末态与电荷多重性，以预测对撞机探测通道。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于强约旦耦合，标准模型中是否存在稳定的顶-反顶夸克束缚态（T-球）？
• RQ2 当部分顶夸克被b夸克取代时，最轻的T-球态质量是多少？
• RQ3 在顶夸克约旦耦合达到何值时，会发生向T-球凝聚相的相变？
• RQ4 在Tevatron与LHC的质子-反质子与质子-质子对撞中，T-球的可观测信号特征是什么？
• RQ5 T-球的形成如何影响电弱对称性自发破缺机制与希格斯玻色子现象学？

主要发现

• b取代的最轻T-球态的质量估算为 $ M_{\text{NBS}} \simeq (300-400) $ GeV。
• 在对称相与T-球凝聚相之间的相变点，临界顶夸克约旦耦合为 $ g_t \approx 1 $。
• 预测存在 $6t + 5\bar{t}$ 态，其为色三重态，行为类似于第四代的费米子型t'-夸克。
• T-球由通过虚希格斯玻色子介导的强相互作用稳定，其中希格斯耦合 $ g_t \simeq 1 $ 起核心作用。
• 该模型预测标准模型中存在三个不同相，相变由T-球凝聚的出现标志。
• T-球可能通过高多重性喷胶、缺失能量以及包含顶夸克样夸克与b夸克的特定衰变末态，在Tevatron与LHC上被探测到。