[论文解读] Top-Quark Asymmetry -- A New Physics Overview

Susanne Westhoff|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用 6

一句话总结

本文综述了能够解释费米实验室观测到的顶夸克正向-反向不对称性的新物理模型，重点关注s通道轴胶子、t通道味破坏型$Z^\prime$玻色子以及u通道色三重态标量。研究表明，这些模型可通过与QCD振幅的树图干涉产生大的不对称性，而通过LHC对$M_{t\bar{t}}$谱和伪快度中的电荷不对称性的测量，可区分$Z^\prime$与轴胶子模型。

ABSTRACT

Several recent measurements at the Tevatron experiments point towards an anomalously large forward-backward asymmetry in top-antitop production. This article summarizes the main classes of physics beyond the standard model that can give rise to a large asymmetry. Complementary measurements at the Large Hadron Collider will allow to distinguish between different models and thereby contribute to clarifying the presently puzzling picture.

研究动机与目标

• 识别并分类能够解释费米实验室观测到的顶夸克对产生中大正向-反向不对称性的可行新物理模型。
• 基于顶夸克对产生中的不同特征信号，区分竞争性新物理情景——特别是轴胶子、味破坏型$Z^\prime$玻色子和色三重态标量。
• 提出LHC中的互补测量，特别是$M_{t\bar{t}}$谱和伪快度不对称性，以区分这些模型并解决与标准模型之间的当前差异。

提出的方法

• 利用维度六四夸克算符的有效场论分析顶-反顶产生中的正向-反向不对称性$A_{\rm{FB}}^{t}$，重点关注与QCD振幅的干涉。
• 根据新媒介子的量子数对新物理贡献进行分类：s通道（轴胶子）、t通道（$Z^\prime$）和u通道（色三重态标量），每种具有不同的味和规范量子数。
• 通过与测量的$t\bar{t}$总截面和不变质量分布的一致性，以及对味物理和LHC搜索的约束，评估模型的可行性。
• 使用带有反对称味耦合的色三重态标量$S_{\overline{3}}$的u通道交换，以避免味改变中性流和二胶子约束。
• 提出在LHC中使用$\eta$-不对称性$A_{\eta}^{t}$作为电荷不对称产生探测手段，其定义为顶夸克与反顶夸克之间伪快度差值。
• 将模型预测与LHC数据进行比较，特别是$M_{t\bar{t}}$谱，以区分共振型（轴胶子）与非共振型（味破坏型$Z^\prime$）贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有与夸克树图耦合的新物理模型能否解释费米实验室观测到的顶夸克对产生中的大正向-反向不对称性？
• RQ2 不同新物理媒介子——轴胶子、$Z^\prime$玻色子和色三重态标量——在不对称性贡献及其现象学信号方面有何差异？
• RQ3 LHC在多大程度上能通过$M_{t\bar{t}}$谱和$A_{\eta}^{t}$不对称性区分这些模型？
• RQ4 为何在二胶子产生中，味对角与味破坏贡献对于约束可行模型至关重要？
• RQ5 具有非阿贝尔$SU(2)^{ut}_{R}$味对称性的$Z^\prime$模型能否避免同号顶夸克产生，同时产生大的不对称性？

主要发现

• 在费米实验室观测到的顶夸克对产生中，正向-反向不对称性比标准模型预测高出最多3σ，尤其在高不变质量$M_{t\bar{t}} > 0.45$ TeV时更为显著。
• 具有轴向矢量耦合的轴胶子可通过与QCD胶子的干涉产生大的不对称性，预计在$M_{t\bar{t}}$谱中出现$M_G \sim 1$ TeV的共振峰。
• t通道中的味破坏型$Z^\prime$玻色子可产生高达30%的不对称性（当$M_{W^\prime} = 200$ GeV时），其同号顶夸克产生被非阿贝尔$SU(2)^{ut}_{R}$味对称性所保护。
• 具有反对称味耦合的色三重态标量$S_{\overline{3}}$可避免来自二胶子产生的强约束，且不会引发危险的FCNC。
• LHC中的$M_{t\bar{t}}$谱可区分轴胶子（共振）与$Z^\prime$模型（尾部增强），而$A_{\eta}^{t}$则提供互补探测，预期系统误差为1–2%。
• 除非受到非阿贝尔味对称性保护，否则$Z^\prime$模型在95%置信水平下被LHC同号顶夸克搜索排除，而该对称性可使大不对称性产生而不产生此类信号。