[论文解读] Search for Low-Scale Technicolor at the Tevatron

Kenneth Lane|ArXiv.org|May 10, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 4

一句话总结

本文主张在 Tevatron 重新开展对低尺度顶色荷的搜索，通过研究顶色 rho 粒子（$ρ_T$）和顶色 omega 粒子（$३_T$）衰变为 $W\pi_T$ 和 $γ\pi_T$ 的共振衰变过程，其动机是 CDF 和 DØ 实验在 110 GeV 附近持续观测到的 $∼2\sigma$ 超额信号。本文提出了一个名为顶色稻草人模型（TCSM）的理论框架，其中 $M_{\pi_T} \approx 120$ GeV，预测截面为若干 picobarn，呼吁立即分析 Run 2 数据以解决新物理的持续暗示。

ABSTRACT

CDF and D0 each have more than 1 inverse femtobarn of data on tape, and their stores are increasing. This should be sufficient to carry out significant searches for low-scale technicolor in rho_T --> W pi_T and omega_T, rho_T --> gamma pi_T, processes whose cross sections may be as large as several picobarns. In this note we motivate and describe the Technicolor Straw Man framework for these processes and we urge that they be sought soon in the Run 2 data. (This paper is a contribution to the TeV4LHC Landscapes project.)

研究动机与目标

• 为了解释 CDF 和 DØ 在 Run 1 和 Run 2 数据中观测到的 dijet 和 $Wjj$ 质量分布中 110 GeV 附近持续存在的 $\sim2\sigma$ 超额信号，这些信号可能暗示低尺度顶色荷的存在。
• 提出一个具体的理论框架——顶色稻草人模型（TCSM），以解释这些超额信号为 $\rho_T$ 和 $\omega_T$ 共振态衰变为 $W\pi_T$ 和 $\gamma\pi_T$ 的信号。
• 呼吁实验合作组分析 Run 2 数据中这些特定的顶色荷衰变模式，因为目前已有超过 $1.5\,{\rm fb}^{-1}$ 的数据可用。
• 为关键的顶色荷衰变通道提供定量的截面估计，以指导实验搜索并评估发现潜力。

提出的方法

• 采用顶色稻草人模型（TCSM），假设顶色介子衰变常数 $F_T \sim 246\,{\rm GeV}/\sqrt{N_D}$ 且 $M_{\pi_T} \approx 120\,{\rm GeV}$，其中 $M_{\rho_T} \approx 210\,{\rm GeV}$，$M_{\omega_T} \approx 200-220\,{\rm GeV}$。
• 利用 EHLQ parton 分布函数计算 $p\bar{p} \to \rho_T \to W\pi_T$ 和 $\rho_T \to \gamma\pi_T$ 的截面，并应用 1.4 的 K 因子以考虑高阶 QCD 校正。
• 该模型假设 $Q_U + Q_D = 5/3$，且 $M_V \in [100, 500]\,{\rm GeV}$ 作为典型的顶色荷质量尺度，衰变率与 $(Q_U + Q_D)^2 / M_V^2$ 成正比。
• 评估了 $\rho_T \to W\pi_T$、$Z\pi_T$、$\gamma\pi_T$ 和 $e^+e^-$ 最终态的产生率，当 $W\pi_T$ 通道开放时，$\gamma\pi_T$ 衰变主要由 $\omega_T$ 共振态主导。
• 对 $M_V = 100$ 和 $500\,{\rm GeV}$ 的情形，模拟了 $e^+e^-$ 和 $\gamma\pi_T$ 最终态的不变质量分布，显示当 $M_{\omega_T} \approx M_{\rho_T}$ 时存在干涉效应。
• 分析考虑了 $b$-标签效率和喷流背景抑制，指出 $b$-标签的 $\gamma\pi_T$ 模式可能因 $gg \to \pi_T^{0\prime}$ 衰变而被稀释。

实验结果

研究问题

• RQ1 110 GeV 附近 dijet 和 $Wjj$ 质量谱中持续存在的 $\sim2\sigma$ 超额信号是否可由低尺度顶色荷共振态解释？
• RQ2 在 TCSM 框架下，$\rho_T \to W\pi_T$ 和 $\omega_T \to \gamma\pi_T$ 在 Tevatron 上的预期产生截面是多少？
• RQ3 $\omega_T$–$\rho_T$ 干涉效应和 $M_V$ 依赖性如何影响 $e^+e^-$ 和 $\gamma\pi_T$ 不变量质量分布？
• RQ4 观测到的 $\sim110\,{\rm GeV}$ dijet 超额信号（其对应的 $WH$ 截面约为 $\sim5\,{\rm pb}$）是否可由 $\rho_T$ 或 $\omega_T$ 衰变为 $b\bar{b}$ 最终态来解释？
• RQ5 在拥有超过 $1.5\,{\rm fb}^{-1}$ Run 2 数据的条件下，Tevatron 上 $\rho_T$ 和 $\omega_T$ 衰变的最佳实验搜索策略是什么？

主要发现

• CDF Run 1 数据中，$\omega_T \to \gamma\pi_T$ 且 $\pi_T \to b+$ 喷流的 $M_{jj} \approx 110\,{\rm GeV}$ 附近存在 $\sim2\sigma$ 超额信号，但在 Run 2 中未重现，尽管数据量已足够。
• CDF Run 2 数据在 $\sim110\,{\rm GeV}$ 和 $\sim210\,{\rm GeV}$ 分别显示出 dijet 和 $Wjj$ 质量的微弱超额，与 $M_{\pi_T} \approx 120\,{\rm GeV}$ 和 $M_{\rho_T} \approx 230\,{\rm GeV}$ 一致。
• 使用 $320\,{\rm pb}^{-1}$ 数据的 $WH \to \ell\nu b\bar{b}$ 搜索在 $M_{jj} \approx 110\,{\rm GeV}$ 处显示出 $2\sigma$ 超额，暗示 $WH$ 截面约为 $\sim5\,{\rm pb}$，远超标准模型预测的 $\sim0.1\,{\rm pb}$。
• DØ 实验在 $WH \to \ell\nu b\bar{b}$ 的 $Wjj$ dijet 质量谱中 $110\,{\rm GeV}$ 附近也观测到 $\sim2\sigma$ 超额，进一步支持了各实验之间信号的一致性。
• TCSM 预测 $\rho_T \to W\pi_T$ 和 $\omega_T \to \gamma\pi_T$ 模式的截面为若干 picobarn，其速率对 $M_V$ 和 $Q_U + Q_D$ 敏感，并对 Drell-Yan 类似截面应用了约 1.4 的 K 因子。
• 当 $M_V = 500\,{\rm GeV}$ 时，若 $M_{\omega_T} \approx M_{\rho_T} = 210\,{\rm GeV}$，$\omega_T, \rho_T \to e^+e^-$ 截面从 $0.12\,{\rm pb}$ 增加至 $0.25\,{\rm pb}$，显著提升了发现潜力。