[论文解读] Top Quark Properties

Yvonne Peters|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文综述了ATLAS、CDF、CMS和D0合作组利用最多5.4 fb⁻¹的Tevatron数据和1.1 fb⁻¹的LHC数据对顶夸克性质测量的全面结果。报告了顶夸克质量、自旋关联、W玻色子螺旋度、异常耦合、色流以及对味改变中性流最严格的限制，其中$B(t\rightarrow Zq) < 3.2\%$在95%置信水平下，为标准模型提供了关键检验，并对标准模型之外的新物理进行了探测。

ABSTRACT

Since its discovery in 1995 by the CDF and D0 collaborations at the Fermilab Tevatron collider, the top quark has undergone intensive studies. Besides the Tevatron experiments, with the start of the LHC in 2010 a top quark factory started its operation. It is now possible to measure top quark properties simultaneously at four different experiments, namely ATLAS and CMS at LHC and CDF and D0 at Tevatron. Having collected thousands of top quarks each, several top quark properties have been measured precisely, while others are being measured for the first time. In this article, recent measurements of top quark properties from ATLAS, CDF, CMS and D0 are presented, using up to 5.4 fb-1 of integrated luminosity at the Tevatron and 1.1 fb^-1 at the LHC. In particular, measurements of the top quark mass, mass difference, forward backward charge asymmetry, tt - spin correlations, the ratio of branching fractions, W helicity, anomalous couplings, color flow and the search for flavor changing neutral currents are discussed.

研究动机与目标

• 通过四大主要实验精确测量顶夸克的内在性质及其产生/衰变性质。
• 通过将顶夸克测量结果与理论预测比较，检验标准模型。
• 通过稀有顶夸克衰变和异常耦合搜索标准模型之外的新物理。
• 在顶夸克衰变中建立对味改变中性流（FCNC）最严格的限制。
• 利用喷流拉力技术研究顶夸克事例中的色流，以探测新物理。

提出的方法

• 采用多种重建技术，包括模板法、直方图法和矩阵元方法，提取顶夸克质量。
• 应用中微子权重法和矩阵权重法，解决二轻子末态和全喷流末态中运动学自由度不足的问题。
• 采用喷流拉力变量，区分顶夸克衰变中色单态与色八重态的贡献。
• 使用神经网络增强在通过FCNC探测异常单顶夸克产生过程中的信号分离能力。
• 实施多变量分析技术，包括横动量之和的标量和，以提高对FCNC的探测灵敏度。
• 结合Tevatron和LHC实验的数据，实现高精度测量和稳健的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用当前实验数据，顶夸克质量的最精确测量结果是什么？
• RQ2 顶夸克自旋关联和前后向电荷不对称性与标准模型预测相比如何？
• RQ3 目前对顶夸克衰变中味改变中性流的限制是什么，特别是$t\rightarrow Zq$？
• RQ4 能否利用喷流拉力变量测量$t\bar{t}$事例中的色流？其结果揭示了W玻色子衰变的何种本质？
• RQ5 通过稀有顶夸克衰变对异常顶夸克耦合和新物理施加了哪些约束？

主要发现

• 顶夸克质量的测量精度达到$173.18 \pm 0.56\, \text{stat} \pm 0.76\, \text{syst}$ GeV，与标准模型一致。
• 在$t\bar{t}$事例中，色单态W玻色子衰变的分数被测量为$f = 0.56 \pm 0.38\, \text{(stat+syst)} \pm 0.19\, \text{(MC stat)}$，表明与标准模型一致。
• D0合作组利用4.1 fb⁻¹的数据，将$t\rightarrow Zq$衰变的全球最严格限制设定为$B(t\rightarrow Zq) < 3.2\%$，置信水平为95%。
• ATLAS合作组对通过FCNC产生异常单顶夸克的截面与分支比的乘积设定了上限：$\sigma_{gq\rightarrow t} \times B(t\rightarrow bW) < 17.3\, \text{pb}$，置信水平为95%。
• 在三轻子末态中对$t\rightarrow Zq$的搜索达到了$B(t\rightarrow Zq) < 3.2\%$的95%置信水平排除极限，为迄今最佳结果。
• 通过在$t\bar{t}$事例中使用喷流拉力研究色流，首次对色八重态W玻色子衰变提供了实验探测，排除此类态的置信水平达到99%。