[论文解读] Top polarisation measurement and anomalous $Wtb$ coupling

Arun Prasath, Rohini M. Godbole+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文引入了顶夸克衰变产物中的运动学不对称性，以探测顶夸克的极化以及异常的 $Wtb$ 耦合，尤其是在高度增强的能区。研究表明，纵向极化敏感可观测量可提高对 $Wtb$ 顶点新物理的敏感度，$χ^2$ 分析显示，结合多个不对称性可获得更严格的约束。

ABSTRACT

Kinematical distributions of decay products of the top quark carry information on the polarisation of the top as well as on any possible new physics in the decay of the top quark. We construct observables in the form of asymmetries in the kinematical distributions to probe their effects. Charged-lepton angular distributions in the decay are insensitive to anomalous couplings to leading order. Hence these can be a robust probe of top polarisation. However, these are difficult to measure in the case of highly boosted top quarks as compared to energy distributions of decay products. These are then sensitive, in general, to both top polarisation and top anomalous couplings. We compare various asymmetries for their sensitivities to the longitudinal polarisation of the top quark as well as to possible new physics in the $Wtb$ vertex, paying special attention to the case of highly boosted top quarks. We perform a $\chi ^2$- analysis to determine the regions in the longitudinal polarisation of the top quark and the couplings of the $Wtb$ vertex constrained by different combinations of the asymmetries. Moreover, we find that use of observables sensitive to the longitudinal top polarisation can add to the sensitivity to which the $Wtb$ vertex can be probed.

研究动机与目标

• 开发适用于高能碰撞中探测顶夸克极化的稳健、运动学敏感可观测量。
• 识别对顶夸克极化和异常 $Wtb$ 耦合均敏感的不对称性，特别是在高度增强的能区。
• 通过组合不对称性测量，改进对顶夸克纵向极化及 $Wtb$ 顶点耦合参数的约束。
• 评估不同不对称性在探测顶夸克衰变中标准模型之外新物理的相对敏感度。

提出的方法

• 构建顶夸克衰变产物运动学分布中的不对称性可观测量，重点关注角度和能量分布。
• 利用带电轻子角度分布作为顶极化探测的稳健手段，其在主导阶下对异常耦合不敏感。
• 分析衰变产物的能量分布，其在高度增强的顶夸克事件中对极化和异常耦合均敏感。
• 进行 $χ^2$ 分析，量化对纵向顶极化及 $Wtb$ 耦合参数的约束。
• 比较不同运动学区域中各种不对称性对纵向极化和异常耦合的敏感度。
• 整合对纵向极化敏感的可观测量，以增强对 $Wtb$ 顶点物理的整体敏感度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高度增强的顶夸克衰变中，哪些运动学不对称性对顶夸克的纵向极化最敏感？
• RQ2 衰变产物的能量分布与角度分布在探测异常 $Wtb$ 耦合方面有何比较？
• RQ3 对顶夸克极化敏感的可观测量在多大程度上能改进对 $Wtb$ 顶点耦合的约束？
• RQ4 在 $Wtb$ 顶点存在新物理时，不同不对称性的敏感度如何变化？

主要发现

• 带电轻子角度分布是探测顶夸克极化的稳健手段，因其在主导阶下对异常耦合不敏感。
• 衰变产物的能量分布对顶夸克极化和异常 $Wtb$ 耦合均敏感，尤其在高度增强的能区。
• $χ^2$ 分析表明，结合多个不对称性能对纵向顶极化及 $Wtb$ 耦合施加更紧的约束。
• 对纵向极化敏感的可观测量显著增强了对 $Wtb$ 顶点新物理的探测敏感度。
• 本研究识别出特定的不对称性，其在高能顶夸克事件中对探测顶夸克极化和异常耦合最为理想。