文摘
我们研究t奇数顶夸克的相互作用的影响,通过对生产的顶夸克semileptonic检测模式的大型强子对撞机通过t奇数可见构造通过观察到的衰变产物的动量的顶部(anti-top)夸克广泛的CP-violating规模 。估计等的耦合强度的敏感性13 TeV大型强子对撞机能量的交互 , 和与14 TeV HL-LHC能源综合光度 , , ,和也提出了介于和2 TeV。
1。介绍
的电荷和宇称不守恒现象最初发现于中性kaon-system通过测量振荡的可能性成(1现在很好理解。它除了一个新的效应,为进一步勘探提供了不仅作为一个独立的现象,而且其与Leptogenesis[等现象2- - - - - -5],Baryogenesis [6希格斯玻色子[的],性质7,8和宇宙的暗物质9- - - - - -11]。标准模型(SM)这是最初CP-symmetric仍然可以允许少量的cp破坏通过代际混合的费米子有完全相同的量子数通过CKM-matrices [12]。然而这种影响并不足以提供一个令人满意的解释等观察有限虽然极少量的电偶极矩的中子(13,14],起源,可能在于违反cp对称的强有力的行业。因此,这些需要一个探索cp破坏超出标准模型的可能来源。
引导与上述现象,在本文中,我们探索的可能性model-independent SM的延伸的形式t奇数异常交互的顶夸克与胶子的上下文中顶对生产大型强子对撞机与已存在的数据在13 TeV质量重心(蔡玫)能源和即将到来的14 TeV竞选预计的光度 , , 和分别。
顶夸克的T-violating交互在文献中已经研究了固定CP-violating规模在裁判。(15- - - - - -34];例如,cp破坏在未来对撞机在生产了裁判。15),裁判。16由于复杂top-Yukawa耦合)认为cp破坏 在未来对撞机,Charge-asymmetries对首次分析了顶夸克衰变的裁判。17),裁判。18]研究了cp破坏在轻子+飞机通道使用t奇数相关性,裁判。19]探讨cp破坏的可能性在一个罕见的顶级衰变的过程 ,Ref。20.)检查可能CP-violating影响由于一个循环修正前对生产过程的复杂MSSM以最小的味道违反(MFV)强子对撞机和裁判。21)调查的cp破坏t-channels单个顶夸克衰变产生。相似的研究已经进行了有效异常CP-violating耦合过程 在参考文献。(35,36),在裁判的方法。37)和参子对撞机的上下文中。(38]。本文探讨了影响这种反常的交互范围广泛的CP-violating规模和提供了LHC-sensitivities通过过程的耦合相互作用 使用t奇数三重积相关性定义在文献[39]。
计划如下:文章的部分2我们将讨论可能的模型和t奇数可见顶对生产的大型强子对撞机,这些可见是如何适合分析cp破坏的影响。部分3论述了数字t奇数的互动过程和结果。实验的敏感性t奇数耦合也在同一节讨论。最后,我们总结我们的研究结果4。
2。t奇数可见和顶对生产
cp破坏夸克部门(除了顶夸克)面临着观察困难这部分在于,由于规模相对较大的比hadronisation一生,约140伏( ,夸克介子的质量),形成束缚态,从而留下任何研究纯cp破坏的范围。被比其它夸克重得多,也比hadronisation规模、精力充沛的顶夸克是唯一期望测试直接cp破坏在夸克部门。顶夸克的一生小于所需的时间为一个夸克hadronise因此它不形成任何束缚态。因此top-production的动力学和衰减得不到non-perturbative并发症的影响和束缚态的物理,因此,涉及顶夸克的cp破坏效应将直接类型。在强子对撞机,过程涉及顶夸克有一个更大的优势在大截面由于强烈的相互作用。因此,这使我们能够直接调查这种交互作用的影响通过对产生的顶夸克和他们随后到一双轻子和衰减 - - - - - -夸克。
我们的研究发现通过CP-violating observable cp破坏是基于估计不对称。CP-odd可见可以使用t奇数形成相关性未必是CP-odd相反这些可以CP-even和t奇数不是逆时,相反,它代表着天真的t奇数(40]。
chromo-electric偶极矩(CEDM)顶对生产顶夸克使cp破坏的顶点。在t奇数顶夸克与胶子的交互,SM拉格朗日可以修改的生产过程由以下交互项(41]: 与强耦合常数,胶子场强张量,和是体力和精力的交互cp破坏的规模分别为和 。拉格朗日的情商。1五个顶点)会给一个新的维度在SM(缺席)除了修改已存在的顶点。这个新的顶点显然是CP-odd本质上根据上述方程。
这些显然有重大贡献在强子对撞机上把生产过程,特别是对于对撞机都LHC胶子的融合新兴的质子碰撞使约90%的贡献,其余的毁灭light-partons相反的指控。的示意图表示各种parton-level过程描述的生产在大型强子对撞机的修改发生时由于存在额外的t奇数交互由情商。1)如图1。第一个四图的图1代表的生产对通过融合,最后一个是通过毁灭。前三个图的图1也出现在SM,第四个图在SM代表缺席有效顶点和SM是可扩展的。也值得提及的semileptonic衰变顶部(anti-top)发生由于弱相互作用,顶夸克的分支比SM将保持不变。
起初,我们开始计算t奇数的相关性引起的异常顶夸克联轴器中定义以下方程: 在上面的表情在哪里 与等级4的Levi-Civita象征这是完全反对称 和 , 代表的four-momenta - - - - - -分别夸克、轻子(anti-lepton)。是four-momenta的总和 - - - - - -夸克、轻子反 - - - - - -夸克和anti-lepton的区别是双梁四动量,定义为
有趣的是要注意,上述可见需要重建了上衣和任何信息的自旋产生的粒子。同样,一个 - - - - - -飞机是杰出的 - - - - - -通过测量轻子的方向即喷射 - - - - - -飞机接近被确定为一个产生由于 - - - - - -夸克,而其他 - - - - - -飞机接近被确定为一个产生由于 - - - - - -夸克。
在上面的等式左边的箭头描述了框架独立相关,右边代表特定蔡玫参考系的相关性。在第一行的情商。4),我们通过:帧导致三重积形式。获得的三重积发生电荷共轭和奇偶校验操作在第二和第三行,分别以确保CP-odd。同样,如果我们认为( )框架,上面可观测的需要下列表格(28,39]:
这进一步表明,确实是CP-odd。除了可见的方程式讨论。(2),我们还构建以下新的可见:
考虑这些额外的可见的优势在于,这些需要较小的信息比可见方程式中定义。(2)。例如,可观察到的需要信息光束的方向,轻子正电荷和相关的 - - - - - -夸克和轻子识别负电荷和相关的反 - - - - - -夸克。可观测的需要信息的光束方向和轻子有一个积极的和消极的。类似的可观察到的需要信息的光束的方向, - - - - - -夸克和反 - - - - - -夸克。在下一节中,我们将详细讨论数值模拟。
3所示。数值分析
为了完成我们的研究中,我们第一次生产对整个过程 并允许它们衰变semileptonically成随后借助MadGraph5 [42- - - - - -44]在领先的顺序(LO)使用衰变链特性描述的裁判。44]。后来这些事件界面的Pythia8 (45洗澡Hadronization]。CP-violating交互方程式讨论。(2)和(6)已被纳入MadGraph5通过结合拉格朗日在情商。1)在FeynRules [46]。事件生成与选择标准如下:
实验的输入参数值被认为是在我们的研究中提出了在桌子上1,renormalisation factorisation规模已经设置为91.188 GeV和部分子分布函数被认为是nn23lo1 [47,48]。
为了估计在大型强子对撞机的不对称,我们生成 事件的帮助下MadGraph5 13 TeV和14 TeV大型强子对撞机能量与独特的耦合常数的值( )和规模参数( )可见的方程式。(2)和(6)。耦合常数的值和尺度参数从0到被认为是吗 和分别为2 TeV 实际上是SM。相关的方程式中列出的可见CP-violating不对称。(2)和(6)是构造使用公式: 其中分子表示事件的数量之间的差异有积极和消极的值可观测而分母代表事件的总数。显然,CP-symmetric可见,将是零,因为事件的数量与一个积极的价值可观测事件的数量相当于一个负值的可观察到的和非零。实验测量的数量 在大型强子对撞机事件给出 在哪里代表的实验测量值在给定的能量在大型强子对撞机,横截面是 - - - - - -标记效率,削减和效率代表了集成在LHC光度。敏感性对于一个给定的可观测可以估计进行比较对应于底层可见以下实验灵敏度在给定置信水平(中一) :
讨论了这些数字2- - - - - -9为 在LHC和14 TeV。不对称的值对应于各种CP-violating可见方程式讨论。(2)和(6)也提出了不同的价值观和 。我们估计的不对称从0到0.05之间的2伏特的电压为 在LHC和14 TeV。在表中2和3对应于各种可见的,我们现在不对称 和14 TeV大型强子对撞机能量。从这些表,很明显,对应于可见的不对称 , , ,和是统计范围内的不确定性,因此不会有用的计算cp破坏敏感性与SM相一致。然而,不对称与可见有关 , , ,和发现非零部件。因此,信息为可见讨论获得的不对称 , , ,和在细节预计将更加敏感。
从表2和3同样清楚的是,如果我们解决CP-violating规模到一定值不对称线性增加参支持的结果。(28,41]。相反,限制了耦合一个常数值和增加的价值减少由此产生的不对称的价值。这表明大型cp破坏敏感性可以以两种方式实现,要么增加或减少 。此外,在获得的不对称 在大型强子对撞机能量,在桌子上3,显示出类似的结果为13 TeV观察大型强子对撞机能量。根据上面的表格,我们推断,最大的不对称对应于观测 。结果对应于零的不对称也可以概括为 分别为可见 , , ,和 。
要注意,估计实验的不确定性事件率我们首先结合阿特拉斯(50)和CMS (51]实验观察与2015年和2016年数据不确定性LHC运行期间最高一对二 为在裁判。52]。为了计算实验灵敏度,我们首先结合ATLAS和CMS横断面图,如下:
然后事件率估计通过结合光度的横截面,分支的比率 和 - - - - - -标记效率为56%。类似的计算已经完成 与理论截面 在NNLO + NNLL级别(53]预计综合大型强子对撞机的光度 , , ,和 。我们展示的结果13 TeV和14 TeV蔡玫能量在大型强子对撞机vs。在不同的信心水平数据2- - - - - -9。我们现在的结果范围0到5之间TeV但我们实际上执行的研究范围2 TeV。
在数据2- - - - - -9白色是丢弃所示的区域通过限制在顶对截面的贡献与SM内一致统计错误,而黄色和红色区域显示空间允许和分别为:能源和光度。我们有一个广泛的 我们可以观察到的值灵敏度13 TeV和14 TeV LHC的能量。从这些数据,我们可以得到一个粗略的估计的最小约束和可以找到下限 在部件。
最后,我们计算准确的限制相应的最有前途的可观察到的在 在LHC和14 TeV能量。实验的敏感性 能源在大型强子对撞机发现在中一段和类似的价值中一段将 。这转化成的值 约 , 在中一段13 TeV:能源的集成的光度 , 分别为可观察到的 。同样,在14 TeV蔡玫能源在LHC的价值 应该是 , , ,和 在中一段预计光度 , , ,和 ,分别。不对称( )对应于可见( )也可以写成 在哪里通过定义
图10清楚地表明,不对称是几乎为零然后开始慢慢增加。这表明 ,敏感性变得非常重要。
本文的目的是设置界限异常CP-violating耦合等情况的影响由于交互是不可见的事件计数,而这些可以探测可见被认为是在我们的研究中。我们已经提出了敏感性13 TeV:在大型强子对撞机能量集成的光度 , 为每月73.5 k, k事件分别和预测,我们可以实现灵敏度在14 TeV大型强子对撞机能量相当于预计的 , , ,和与608 k, k,分别为1.2米和1.8米事件。在我们的研究中获得的结果仅基于统计的不确定性,没有占系统的不确定性。然而,因为它会影响不对称的分子和分母几乎相同,因此预计我们的结果仍将几乎由于系统不确定性的影响。上面的发现也证实了先前的研究在这样的CP不对称(22,54,55]。也以类似的方式,尽管我们表现我们的分析主要订单, - - - - - -由于高阶量子色修正因素将影响分母和分子的不对称性几乎相同,因此将被取消,因此对这种修正不对称将保持不变。重要的是要注意,我们的研究不同于先前的研究考虑完整matrix-element-squared计算 与被和 。为了探测的影响,这种相互作用早期的研究只考虑主要影响在本质上是线性的。同时,我们计算的计算不对称dilepton通道和使用和作为自由参数。
我们现在比较我们的结果和其他相关工作。根据文献[41),的敏感性 需要的数据在14 TeV大型强子对撞机能量。找到相应的估计 顶夸克对生产与两个光子(56为一个综合光度)和的在的背景下对撞机的数据(57]。间接限制从EDM测量发现有点严格,例如裁判。58)报道, 在中一段测量的中子电偶极矩。
4所示。总结
我们已经分析了t奇数的影响异常顶夸克与胶子的耦合通过顶夸克对生产模式在大型强子对撞机通过semileptonic衰变 TeV和14 TeV使用t奇数可见方程式讨论。(2)和(6)。这些可见是有趣的因为这些不需要的完全重建 ,而这些要求可见的末态粒子的动量,在我们的案例中和对新兴由于衰变的顶部和anti-top夸克分别。相对应的不对称t奇数可见估计使用情商。8),介绍了数字2- - - - - -913 TeV和14 TeV大型强子对撞机能量。使用最大的不对称,对应于可观察到的 ,我们估计CP-violating耦合的敏感性 在大型强子对撞机能量集成的光度 , 是 , 在中一段和 , 在中一段分别。对应的估计HL-LHC 和 , , ,和将产生 , , ,和 在中一段和 , , ,和 在中一段分别。这些结果列于表4和似乎设定严格的界限顶夸克的CP-violating耦合,因此详细的实验调查是值得阐明这种CP-violating顶夸克的耦合。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这部分工作是支持由大学拨款委员会在启动批准号F30-377/2017 (BSR)。我们感谢Ravindra Yadav援助对于高性能计算,Manjari Sharma Surabhi Gupta,一些有价值的讨论。我们承认ReCAPP集群计算设施的使用,HRI,阿拉哈巴德,印度,在初始阶段的工作。