[论文解读] The ttbar asymmetry in the Standard Model and beyond

Germán Rodrigo|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用 3

一句话总结

本文回顾了标准模型（SM）及其之外的顶夸克对电荷不对称性，分析了SM预测与费米实验室 Tevatron 实验测量之间存在的显著差异，该差异表现为持续的3–3.4σ过剩。本文引入了一项新观测量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $，并评估了 $ t\bar{t} $ 横向动量截断的影响，得出结论：目前的LHC数据与SM预测之间存在1σ的张力，而LHC结果正日益限制解释新物理的模型。

ABSTRACT

A sizable charge asymmetry in top quark pair production has been observed at the Tevatron. The experimental results seem to exceed systematically the Standard Model theory predictions by a significant amount and have triggered a large number of suggestions for 'new physics'. The effect is also visible at the LHC, and preliminary results have already been presented by the ATLAS and CMS collaborations. In this talk, we review the present status of the theoretical predictions, and their comparison with the experimental measurements.

研究动机与目标

• 评估标准模型（SM）预测与费米实验室 Tevatron 实验测量的顶夸克电荷不对称性之间持续存在的差异，该差异表现为3–3.4σ的过剩。
• 引入并验证一项新观测量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $，该量以顶夸克与反顶夸克的平均快度为参考，测量电荷不对称性，适用于 Tevatron 和 LHC 两种对撞机。
• 评估 $ t\bar{t} $ 横向动量截断是否可能解释观测到的不对称性差异。
• 检验LHC测量结果与SM预测的相容性，并评估为解释 Tevatron 异常而提出的各种新物理模型的可行性。
• 综合 CDF、D0、ATLAS 和 CMS 的最新数据，更新实验结果与SM预测之间的张力水平。

提出的方法

• 利用量子色动力学（QCD）修正，对标准模型中顶夸克电荷不对称性进行理论计算，重点分析Born振幅与反称一环修正之间的干涉效应。
• 使用截断图（图1）表示不对称性中的虚部贡献，强调色因子 $ d_{abc}^2 = 40/3 $ 的作用。
• 引入 $ A_{t\bar{t}}(Y) $，即以 $ t\bar{t} $ 对平均快度为参考的快速度基不对称性测量方法，以实现不同对撞机之间比较的一致性。
• 分析 $ p_\perp^{t\bar{t}} $ 截断对不对称性的影响，考虑 $ p_\perp^{t\bar{t}} $ 分布建模不当及对数修正的潜在影响。
• 将理论预测与 CDF、D0、ATLAS 和 CMS 的实验数据进行比较，包括2012年LHC运行的最新结果。
• 评估高阶QCD修正（NLL、NNLL）的影响，确认其对主导阶不对称性预测的影响微不足道。

实验结果

研究问题

• RQ1 Tevatron 实验中观测到的顶夸克电荷不对称性过剩是否超过标准模型预测？若超过，超出程度如何？
• RQ2 $ t\bar{t} $ 横向动量分布是否能够解释观测到的不对称性差异？
• RQ3 新观测量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 如何改善 Tevatron 与 LHC 之间不对称性测量的比较？
• RQ4 目前LHC测量与标准模型预测在电荷不对称性方面存在多大程度的张力？
• RQ5 近期LHC结果如何限制为解释Tevatron异常而提出的理论新物理模型？

主要发现

• Tevatron 实验 CDF 与 D0 观测到顶夸克电荷不对称性持续超出标准模型预测，在高 $ m_{t\bar{t}} $ 区域达到3.4σ显著性，但更新后的CDF分析已将其降至3σ以下。
• ATLAS 与 CMS 的LHC测量结果的中心值低于标准模型预测，表明与SM之间存在1σ张力，尽管实验误差仍较大。
• 新观测量 $ A_{t\bar{t}}(Y) $ 为不同对撞机之间的不对称性比较提供了统一框架，理论预测与实验数据在不确定度范围内一致。
• 理论分析确认，NLL 与 NNLL 修正不会显著改变主导阶标准模型对不对称性的预测。
• $ t\bar{t} $ 横向动量截断可能因 $ p_\perp^{t\bar{t}} $ 分布建模不当及大对数修正而影响不对称性估计，需进一步研究。
• LHC 结果，包括同号顶夸克产生与 $ t\bar{t} $+胶子末态测量，正日益限制为解释 Tevatron 异常而提出的各种新物理模型的参数空间。