[论文解读] Spin Polarization in Single Top Events

Gregory Mahlon|ArXiv.org|Nov 2, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文研究了费米实验室 Tevatron 对撞机中单顶夸克事例的自旋极化，确定了与 d 类夸克或非价夸克喷流动量对齐的最优自旋量化基。研究发现，在 s-通道 W 粒子产生中，98% 的顶夸克沿反质子方向极化；在 W-胶子融合过程中，96% 的顶夸克沿非价喷流方向极化，其衰变产物的角相关性反映了这种极化特性。

ABSTRACT

We discuss the optimal spin bases for describing angular correlations in single top quark events at the Fermilab Tevatron. We define spin bases that exploit the fact that the top quarks are produced with 100% polarization along the momenta of the d-type quarks in these events. For single top production through an s-channel W boson, 98% of the top quarks have their spins in the antiproton direction. For single top production via Wg-fusion, 96% of the top quarks have their spins in the spectator jet direction. The direction of the top quark spin is reflected in the angular correlations of its decay products.

研究动机与目标

• 确定用于分析 Tevatron 对撞机中单顶夸克事例角相关性的最优自旋量化基。
• 量化不同产生机制（s-通道 W 粒子和 W-胶子融合）中顶夸克自旋极化的程度。
• 将顶夸克自旋方向与衰变产物中可观测的角相关性联系起来。
• 为 Run II 阶段 Tevatron 实验中利用极化信号测量顶夸克自旋提供理论框架。

提出的方法

• 定义与 s-通道单顶夸克产生中 d 类夸克动量对齐的自旋量化基。
• 在 W-胶子融合过程中，采用与非价喷流方向对齐的类似自旋基。
• 通过分析顶夸克衰变产物的角相关性来推断自旋取向。
• 分析单顶夸克产生的运动学与动力学约束，以确定极化方向。
• 应用量子色动力学与电弱理论的理论计算，预测自旋对齐。
• 利用事例级模拟验证极化预测，并与螺旋幅值理论预期进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 用于分析单顶夸克事例角相关性的最优自旋量化轴是什么？
• RQ2 在 Tevatron 的 s-通道单顶夸克产生中，顶夸克的极化程度如何？
• RQ3 在 W-胶子融合单顶夸克事例中，自旋极化如何依赖于非价喷流方向？
• RQ4 能否通过顶夸克衰变产物的角相关性推断顶夸克自旋方向？
• RQ5 在这些过程中，沿反质子或非价喷流方向的顶夸克中有多少比例达到 100% 极化？

主要发现

• 在 s-通道单顶夸克产生中，98% 的顶夸克沿反质子方向自旋极化。
• 在 W-胶子融合单顶夸克产生中，96% 的顶夸克沿非价喷流方向自旋极化。
• 与 d 类夸克动量对齐的自旋量化轴为分析角相关性提供了最有效的基。
• 极化方向直接反映在顶夸克衰变产物的角分布中。
• 高达 96–98% 的极化度使得在 Tevatron 中对单顶夸克事例实现精确自旋测量成为可能。
• 这些极化模式为实验分析中识别顶夸克自旋态提供了清晰的信号。