[论文解读] Single top quark dierential decay rate formulae including detector eects

J. Boudreau, C. Escobar+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用 4

一句话总结

本文推导了包含探测器效应的单顶夸克微分衰变速率的解析公式，通过卷积定理的球谐函数分解实现。该方法可实现对顶夸克衰变振幅、相位和极化的精确似然估计，提升大型强子对撞机（LHC）中对张量和赝张量耦合的探测灵敏度。

ABSTRACT

Since the discovery of parity violation in 1957, angular distributions of leptons coming from the weak decay of polarized fermions have been used to probe the structure of the Wqq 0 vertex. Vector and axial vector couplings reveal themselves in the angular distributions of both light and heavy polarized fermions, but tensor and pseudotensor cou- plings have a prominent influence on the angular distributions only for fermions heavier than the W boson; i.e. the top quark. The copious t-channel production of polarized sin- gle top quarks at the LHC provides an opportunity to study the angular distributions of leptons from polarized top quark decay. In this paper we develop formulae for dierential rates intended to be used as a likelihood function in the simultaneous extraction of decay amplitudes, phases, and polarization. The incorporation of detector eects in these for- mulae is accomplished using a variant of the familiar convolution theorem applying to a decomposition of the dierential rates in spherical harmonics.

研究动机与目标

• 在大型强子对撞机（LHC）中，对极化的单顶夸克微分衰变速率进行建模，全面包含探测器效应。
• 通过似然框架，实现对衰变振幅、相位和极化的同步提取。
• 通过利用衰变轻子的角分布，提升对Wtb顶点中张量和赝张量耦合的探测灵敏度。
• 发展一种能准确考虑探测器分辨率和接受度的正式方法，用于顶夸克衰变测量。

提出的方法

• 将微分衰变速率分解为球谐函数，以促进探测器效应的引入。
• 应用卷积定理的一种变体，以模拟探测器分辨率导致的衰变角分布展宽。
• 通过在球谐函数基底下将真实微分衰变速率与探测器响应函数进行卷积，将探测器效应纳入其中。
• 所得公式以似然函数形式表达，可用于实验数据的全局拟合。
• 该形式方法可在一致的角分布框架下同时包含信号和本底贡献。
• 该方法在保留衰变过程完整角依赖性的同时，考虑了实际探测器的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统地将探测器效应纳入单顶夸克微分衰变速率公式中？
• RQ2 在顶夸克衰变产生的轻子角分布中，建模探测器展宽的最优方法是什么？
• RQ3 在包含探测器效应的情况下，衰变振幅和相位的提取精度如何提升？
• RQ4 当正确考虑探测器效应时，张量和赝张量耦合对角分布的影响程度如何？
• RQ5 球谐函数分解能否为基于似然的分析提供数值稳定且高效的框架？

主要发现

• 所开发的公式可一致且准确地将探测器效应纳入顶夸克衰变测量的似然函数中。
• 球谐函数分解使得探测器展宽效应对角分布的影响能够高效且稳定地进行数值计算。
• 探测器修正显著提高了对衰变振幅和相位的提取精度，尤其在非标准耦合情况下更为明显。
• 该形式方法对张量和赝张量耦合特别敏感，而这些耦合在强子对撞机中通常难以探测。
• 该方法为顶夸克衰变数据的全局拟合提供了稳健框架，增强了对标准模型之外新物理的探测灵敏度。