Decoupling theorem in top productions/decays revisited --- To what extent can we understand it visually?

I revisit here the decoupling theorem in top-quark productions/decays, which states that the angular distribution of any final-particle produced in those processes does not depend on any possible nonstandard top-quark decay interactions at their leading order when certain conditions are satisfied. Towards a simple, intuitive and visual understanding of this theorem, I will study to what extent we could explain why such a theorem holds without relying on any specific/detailed calculations.

International Journal of Modern Physics A


Latest constraint on nonstandard top-gluon couplings at hadron colliders and its future prospect

Constraints on the nonstandard top-gluon couplings composed of the chromomagnetic- and chromoelectric-dipole moments of the top quark are updated by combining the latest data of top-pair productions from the Tevatron, 7-TeV LHC, and 8-TeV LHC. We find that adding the recent 8-TeV data to the analysis is effective to get a stronger constraint on the chromoelectric-dipole moment than the one from the Tevatron and 7-TeV LHC alone. We also discuss how those constraints on the nonstandard couplings could be further improved when 14-TeV LHC results become available in the near future.

Physical Review D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology


Exploring anomalous top-quark interactions via the final lepton in ttbar productions/decays at hadron colliders

We study momentum distributions of the final-state charged lepton in ppbar/pp --> ttbar --> l^+ X (l=e or mu) at hadron colliders, i.e., Tevatron and Large Hadron Collider (LHC) in order to explore possible new-physics effects in the top-quark sector. Assuming general model-independent ttbar g + ttbar gg and tbW interactions beyond the standard model, we first derive analytical formulas for the corresponding parton-parton processes. We then compute the lepton angular, energy and transverse-momentum distributions in ppbar/pp collisions to clarify how they are affected by those anomalous couplings.


Addendum to: Search for anomalous top-gluon couplings at LHC revisited

In our latest paper ``Search for anomalous top-gluon couplings at LHC revisited'' in Eur. Phys. J. C65 (2010), 127--135 (arXiv:0910.3049 [hep-ph]), we studied possible effects of nonstandard top-gluon couplings through the chromoelectric and chromomagnetic moments of the top quark using the total cross section of ppbar/pp --> ttbar X at Tevatron/LHC. There we pointed out that LHC data could give a stronger constraint on them, which would be hard to obtain from Tevatron data alone. We show here the first CMS measurement of this cross section actually makes it possible.

The European Physical Journal C - Particles and Fields


Search for anomalous top-gluon couplings at LHC revisited

Through top-quark pair productions at LHC, we study possible effects of nonstandard top-gluon couplings yielded by SU(3)xSU(2)xU(1) invariant dimension-6 effective operators. We calculate the total cross section and also some distributions for p p -> t tbar X as functions of two anomalous-coupling parameters, i.e., the chromoelectric and chromomagnetic moments of the top, which are constrained by the total cross section sigma(p pbar -> t tbar X) measured at Tevatron. We find that LHC might give us some chances to observe sizable effects induced by those new couplings.


Studying possible CP-violating Higgs couplings through top-quark pair productions at muon colliders

We study possible anomalous CP-violating Higgs couplings to mu mu-bar and t t-bar fully model-independent way through top-quark pair productions at muon colliders. Assuming additional non-standard neutral Higgs bosons, whose couplings with top-quark and muon are expressed in the most general covariant form, we carry out analyses of effects which they are expected to produce via CP-violating asymmetries and also the optimal-observable (OO) procedure under longitudinal and transverse muon polarizations. We find the measurement of the asymmetry for longitudinal beam polarization could be useful to catch some signal of CP violation, and an OO analysis might also be useful if we could reduce the number of unknown parameters with a help of other experiments and if the size of the parameters is at least O(1) ~ O(10).

この論文では，標準模型を超える新しい物理の一つの可能性として，ミューオン，トップクォークなどの既存粒子とCP非保存相互作用を行う非標準的ヒッグス粒子を仮定し，その性質をミューオン衝突型加速器(ミューオンコライダー)におけるトップクォーク対生成を通じて探る可能性につき考察した．我々の方針は「特定の模型に依存しない解析」であり，仮定した非標準ヒッグス粒子とミューオンおよびトップクォークの結合についても最も一般的な共変形を用いた．


NEW-PHYSICS SEARCH THROUGH GAMMA GAMMA -> t tbar -> lX/bX

We probe optimal beam polarizations for new-physics search in top-quark and Higgs-boson sectors at Photon Linear Colliders (PLC). Expressing possible non-standard effects generated by SU(2)xU(1) gauge-invariant dimension-6 effective operators as anomalous top and Higgs couplings, we estimate expected statistical sensitivities of these couplings in gamma gamma -> t tbar -> lX/bX, using the optimal-observable method.

光子光子衝突過程において，非標準的トップクォークおよびヒッグスボソン相互作用を，最適観測量解析法で探った．非標準相互作用を次元6の有効演算子で表し，その係数の測定における統計精度を調べた．

Nuclear Physics B - Proceedings Supplements


We consider the possibility of using t tbar production at photon colliders as a probe for physics beyond the Standard Model. The angular and energy distributions of top-quark decay products are employed in the analysis that determines the accuracy with which the new-physics parameters can be measured.

光子光子衝突過程におけるトップクォーク対生成を通じて標準模型を超える物理を探る可能性について考察した．このような非標準物理のパラメータを決定する手段としてトップクォーク崩壊での生成粒子の角度およびエネルギー分布を取り上げ，その期待される精度を論じた．


STUDYING POSSIBLE ANOMALOUS TOP-QUARK COUPLINGS AT PHOTON COLLIDERS

Search for new-physics through possible anomalous t tbar gamma, tbW and gamma gamma H couplings which are generated by SU(2) X U(1) gauge-invariant dimension-6 effective operators is discussed, using energy and angular distributions of final charged-lepton/ b-quark in gamma gamma -> t tbar -> l X / bX for various beam polarizations. Optimal beam polarizations that minimize uncertainty in determination of those non-standard couplings are found performing an optimal-observable analysis.

SU(2)×U(1) 不変な有効相互作用から導かれる非標準的トップクォークおよびヒッグスボソン相互作用を，偏極ビームによる光子光子衝突過程においてトップクォーク生成崩壊過程での終状態レプトン・b-クォーク分布の最適観測量解析で探る方法につき詳細に検討した．


OPTIMAL BEAM POLARIZATIONS FOR NEW-PHYSICS SEARCH THROUGH GAMMA GAMMA ---> T ANTI-T ---> LX/BX

We perform an optimal-observable analysis of the final charged-lepton/b-quark momentum distributions in gamma+gamma -> t+tbar -> lX/bX for various beam polarizations in order to study possible anomalous t-tbar-gamma, tbW and gamma-gamma-H couplings, which could be generated by SU(2)xU(1) gauge-invariant dimension-6 effective operators. We find optimal beam polarizations that will minimize the uncertainty in determination of those non-standard couplings. We also compare e+ebar and gamma+gamma colliders from the viewpoint of the anomalous-top-quark-coupling determination.

光子光子散乱で生じるトップクォーク対生成・崩壊での終状態レプトンの運動量分布に対し，最適観測量解析法を適用し，入射ビームの偏極を調節することによりどの程度まで非標準パラメータの決定が可能かを系統的に調べた．また，電子陽電子衝突における解析精度との比較を行い，光子光子散乱と電子陽電子散乱の長所・短所を整理した．


Probing anomalous top-quark couplings induced by dim.6 operators at photon colliders

Possible anomalous top-quark couplings induced by SU(2) x U(1) gauge-invariant dimension-6 effective operators were studied in the process of t t-bar productions and decays at polarized gamma gamma colliders. Two CP-violating asymmetries, a linear-polarization asymmetry and a circular-polarization asymmetry, were computed including both non-standard [t t-bar gamma] and [gamma gamma H] couplings. An optimal-observable analysis for the process gamma gamma --> t t-bar --> l^{+-} ... was performed in order to estimate the precision for determination of all relevant non-standard couplings, including the anomalous tbW coupling.

標準模型を超える新しい物理を特定のモデルに依存しない形で探るため，非標準的な相互作用を SU(2)xU(1) ゲージ不変な有効演算子のセットで表し，その効果を光子光子散乱で検出する方法につき調べた．特にCP非保存結合に敏感な二つの非対称性を導入し，その検出可能性を検討すると同時に，幾つかのパラメータを同時に決定する可能性について詳しく調べた．


HOW WELL CAN WE RECONSTRUCT THE T ANTI-T SYSTEM NEAR ITS THRESHOLD AT FUTURE E+ E- LINEAR COLLIDERS?

We developed a new method for full kinematical reconstruction of the ttbar system near its threshold at future linear e+e- colliders. In the core of the method lies likelihood fitting which is designed to improve measurement accuracies of the kinematical variables that specify the final states resulting from ttbar decays. The improvement is demonstrated by applying this method to a Monte-Carlo ttbar sample generated with various experimental effects including beamstrahlung, finite acceptance and resolution of the detector system, etc. In most cases the fit brings a broad non-Gaussian distribution of a given kinematical variable to a nearly Gaussian shape, thereby justifying phenomenological analyses based on simple Gaussian smearing of parton-level momenta. The standard deviations of the resultant distributions of various kinematical variables are given in order to facilitate such phenomenological analyses. A possible application of the kinematical fitting method and its expected impact are also discussed.

電子陽電子衝突型線型加速器での閾値付近でのトップ対生成において，この系の運動量を運動学的に再現する新しい方法を開発した．この方法の可能な応用とその期待される効果についても検討した．

The European Physical Journal C - Particles and Fields


OPTIMAL OBSERVABLE ANALYSIS OF THE ANGULAR AND ENERGY DISTRIBUTIONS FOR TOP QUARK DECAY PRODUCTS AT POLARIZED LINEAR COLLIDERS

An optimal-observable analysis of the angular and energy distributions of the leptons and bottom quarks in the process e+e- --> tt-bar --> l^{+-}/b(b-bar)... has been performed in order to measure the most general top-quark couplings to gauge bosons at polarized linear colliders. The optimal beam polarization for determination of each coupling has been found. A very sensitive test of CP violation in tt-bar production and decay has been proposed.

次世代加速器NLCにおいて期待されている反応 e^+e^- --> tt-bar --> l^{+-} ...../l^+l^-..... につき，終状態レプトン及び b-クォークのエネルギー·角度分布を計算し，それに基づき最適観測量解析を行なった．それぞれのパラメータ測定における最適のビーム偏極を求めると同時にトップ対生成におけるCPの破れに非常に敏感な検証手段を提案した．


PROBING TOP QUARK COUPLINGS AT POLARIZED NLC

The energy spectrum of the lepton(s) in e^+e^- --> tt-bar --> l^{+-} ...../l^+l^-..... at next linear colliders (NLC) is studied for arbitrary longitudinal beam polarizations as a possible test of new physics in top-quark couplings. The most general non-standard couplings for gamma-tt-bar, Ztt-bar and Wtb vertices are considered. Expected precision of the non-standard-parameter determination is estimated applying the optimal-observable procedure.

次世代加速器NLCにおいて期待されている反応 e^+e^- --> tt-bar --> l^{+-} ...../l^+l^-..... につき，終状態レプトンのエネルギー分布を，任意の偏極をもつ入射ビームに対して詳細に調べた．トップが関係する全ての相互作用を，最も一般的な共変形に書き表し，レプトンのエネルギー分布に対して最適観測量解析法を適用して，期待されるパラメータ測定の精度を求めた．

Physical Review D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology


EFFECTS OF NONSTANDARD INTERACTIONS FOR THE ENERGY SPECTRUM OF SECONDARY LEPTONS IN E+ E- ---> T ANTI-T

The process of top-quark pair production followed by semileptonic decays at future high-energy e^+e^- linear colliders is investigated as a possible test of physics beyond the Standard Model. Assuming the most general non-standard forms for gamma t t-bar, Z t t-bar and Wtb couplings, the energy spectrum of the single lepton l^{+-} and the energy correlation of l^+ and l^- emerging from the process e^+e^- --> t t-bar --> l^{+-} ... /l^+l^- ... are calculated. Expected precision of the non-standard-parameter determination is estimated adopting the recently-proposed optimal method.

将来の電子陽電子衝突型加速器におけるトップクォーク対生成·半レプトン崩壊過程を，標準模型を超える物理の可能な検証手段として調べた．トップが関係する全ての相互作用を，最も一般的な共変形に書き表し，終状態レプトンのエネルギー分布を計算し，その結果に最適観測量解析法を適用して，期待されるパラメータ測定の精度を求めた．

International Journal of Modern Physics A


REMARK ON CP VIOLATING POLARIZATION ASYMMETRY OF T ANTI-T VIA ANOMALOUS COUPLINGS TO GAMMA AND Z

We calculate the CP-violating polarization asymmetry of tt-bar, delta =[ sigma(ee-bar --> t(-)t-bar(-))-sigma(ee-bar --> t(+)t-bar(+)) ]/ sigma(ee-bar --> tt-bar), for the most general tt-bar gamma/Z couplings without dropping any non-standard contribution. We find that one term which is usually neglected increases with s and will eventually become non-negligible at very high energy.

電子陽電子衝突におけるトップ対のCP非保存非対称性を，最も一般的なγ/Z結合の下で一切の近似をせずに計算した．その結果，通常は無視される一つの項は，超高エネルギー領域では大きな効果を生み出すことが見出された．


FOUR FERMI EFFECTIVE OPERATORS IN TOP QUARK PRODUCTION AND DECAY

Effects of four-Fermi-type new interactions are studied in top-quark pair production and their subsequent decays at future e^+e^- colliders. Secondary-lepton-energy distributions are calculated for arbitrary longitudinal beam polarizations. An optimal-observables procedure is applied for the determination of new parameters.

次世代電子陽電子衝突型加速器におけるトップクォーク対生成を通じての4体フェルミ型の新相互作用探索について調べた．任意の偏極ビームに対して終状態レプトンのエネルギー分布を計算し，パラメータ決定において最適観測量解析法を適用する可能性につき詳しく検討した．


ENERGY SPECTRUM OF SECONDARY LEPTONS IN E+ E- ---> T ANTI-T --- NONSTANDARD EFFECTS AND CP VIOLATION

The process of top-quark pair production at future high-energy e^+ e^- linear colliders has been investigated as a possible test of physics beyond the Standard Model. Non-standard interactions have been assumed both for the production and for the subsequent decay of the top quarks. The energy spectrum of the single lepton l^{+-} and the energy correlation of l^+ and l^- emerging from the process e^+e^- --> ttbar --> l^{+-} X/l^+l^-X are calculated. The energy- spectrum asymmetry of l^+ and l^- is considered as a measure of CP violation. An optimal method to determine whether CP violation occurs in the production or in the decay processes is proposed.

標準模型を超える物理の可能な検証方法として，次世代電子陽電子衝突型加速器におけるトップクォーク対生成を調べた．非標準相互作用は，トップの生成·崩壊両方に仮定し，終状態レプトンのエネルギー分布を通じて非標準的なCP非保存を確認する方法を探った．


EW PRECISION ANALYSIS AND THE HIGGS MASS

Two topics on the standard electroweak theory are discussed based on its remarkable success in precision analyses. One is a test of structure of the radiative corrections to the weak-boson masses as a further precision analysis. The other is an indirect Higgs-boson search through the radiative corrections to the various quantities measured at LEP.

電弱精密解析における標準模型の驚くべく成功の上に立ち，標準模型に関する二つの話題につき詳述した．一つは，W，Zボソン質量に対する輻射補正の微細構造，もう一つは，LEPでの種々の実験データと輻射補正を比較しての，間接的なヒッグス粒子探索である．


STRUCTURE OF ELECTROWEAK RADIATIVE CORRECTIONS

Looking into the inside of radiative corrections is an interesting subject as a deeper study of the standard electroweak theory after its remarkable success in the precision analyses. I will discuss here a test of ``structure" of the EW radiative corrections to the weak-boson masses, and show that we can now analyze several different parts separately.

電弱輻射補正の構成を調べることは，標準理論のより深い理解のために極めて興味あるテーマである．ここでは，Wの質量に対する輻射補正の構造を採り上げ，今や輻射補正の異なる幾つかの構成要素が個々に解析できるまでになっていることを指摘した．


STUDYING STRUCTURE OF ELECTROWEAK CORRECTIONS

Several different effects in electroweak quantum corrections are explored separately through the latest data on the weak-boson masses. The leading-log approximation, the improved-Born approximation and the non-decoupling top-quark effects are studied without depending on the recent CDF data of mt, and the results are given in a form independent of the Higgs mass. On the other hand, the bosonic- and the non-decoupling Higgs effects are examined by fully taking account of those CDF data. It is emphasized that future precision measurements of Mw and mt are considerably significant not only for further studies of the electroweak theory at higher confidence level but also for new physics searches beyond it.

W，Zボソンの質量に対する電弱輻射補正の構造を詳しく分析した．具体的には，純電磁効果，重トップ効果，純ボソン効果，重ヒッグス効果である．この結果，この中のどの効果が欠けても理論値は実験値を再現出来ないことが明らかになった．これは，電弱理論の質量生成の構造に対する非常に強い実験的支持であると考えられる．


B AND D MESON DECAYS IN THE HEAVY QUARK EFFECTIVE THEORY

BおよびD中間子の非レプトンおよび半レプトン崩壊についての新しいデータを，重クォーク有効理論の枠内で調べ，この理論は，B中間子だけでなくD中間子の崩壊をもよく記述することを明らかにした．


O (ANTI-LAMBDA/M(C)) EFFECTS IN TESTS OF FACTORIZATION HYPOTHESIS FOR HEAVY HADRON NONLEPTONIC DECAYS

b クォークを含むハドロンの非レプトン崩壊を重クォーク有効理論により調べた．特に，Charm 質量補正について詳しい計算を行なった結果，遷移行列要素の「因子分解仮説」のテストは，この補正にはあまり影響されないことがわかった．

Zeitschrift für Physik C Particles and Fields


FINITE CHARM MASS EFFECTS IN F(D(S)) DETERMINATION WITHIN THE HEAVY QUARK EFFECTIVE THEORY

B中間子がD中間子に崩壊する反応を用いれば，D中間子崩壊定数を計算することが可能である．その際には，対応する遷移行列要素を評価しなければならないが，そこでは重クォーク有効理論を利用することが出来る．この論文では，従来の計算に対する Charm 質量補正について詳しく調べ，補正を取り入れた結果，理論値と測定値の一致が良くなることを示した．


MEASURING THE CHIRALITY OF THE B QUARK CURRENT IN A(B) DECAY

荷電弱 b-c カレントのカイラル構造を探る手段として，偏極Λb -> Λc lν 崩壊における生成粒子の角分布を計算した．具体的には l の Λb スピンに対する前後方非対称性，同じくΛc の前後方非対称性，および l，Λc の二重前後方非対称性で，いずれもこの分析にとって有用であることがわかった．

Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics


ELECTRON P(T) CUT EFFECTS ON LAMBDA(C) ENERGY ASYMMETRY IN POLARIZED LAMBDA(B) DECAY TO LAMBDA(C) E ANTI-ELECTRON-NEUTRINO

偏極Λb -> Λc eν 崩壊での Λc のエネルギー非対称性に対する電子横運動量カットの影響を調べた．その結果，この効果は実験結果の解析において極めて重要であり，これを無視すると純粋左巻カレントと左巻-右巻混合カレントの区別が非常に難しくなることがわかった．

Physical Review D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology


PROBING B QUARK CHARGED CURRENT CHIRAL STRUCTURE VIA POLARIZED LAMBDA(B) SEMILEPTONIC DECAY

bクォークカレントの構造を調べるため，偏極Λb の半レプトン崩壊を調べた．終状態での電子およびΛc のエネルギー分布を計算し，電子の横運動量について実験的な制限を付けた式を導いた．結果として，電子エネルギーの分布は分析にとって有効だが，Λc の方はそのままでは使いにくいことがわかった．


CLEAN PRECISION TESTS OF THE ELECTROWEAK THEORY

これまで行なってきた W-Z 質量関係式を用いた電弱精密解析について，最新のデータを用いて再度数値計算を行い，将来の研究へ向けての重要な点を指摘した．


電弱輻射補正の中でトップ質量の2乗に比例する項の存在は，対称性を自発的に破る理論に特有のものである．従って，この効果の存在を示すことは電弱理論の精密検証にとって極めて重要である．そこで，W-Z 質量関係式においてこの項が存在しないと仮定した式による結果を実験値と比較し，その結果ヒッグスがどのような質量を持とうとも，トップからの寄与無しではデータを説明出来ないとこが明らかになった．


ELECTROWEAK QUANTUM EFFECTS IN THE M (W) - M (Z) RELATION

W-Z 質量関係式を用いて輻射補正の分析を行ない，そのために必要な式を全て他の反応に応用し易い形で与えた．また，Hollik および Sirlin の結果との比較を行い，非常によい精度で一致していることを確認した．


W BOSON MASS DETERMINATION FROM THE THRESHOLD BEHAVIOR OF SIGMA-T (E+ E- ---> W+ W-) --- ANALYSIS INCLUDING LEADING LOG AND HEAVY QUARK CORRECTIONS

電子-陽電子消滅での W 対生成を用いての W の質量測定の可能性について詳しく調べた．特に，閾値付近での断面積の振舞いに注目し，その Input 依存性を計算し，そこでの不定性がどの程度 W の質量測定に影響を与えるかについて考察した．その結果，量子効果の精密検証に必要な程度の精度を得ることは可能であることがわかった．


WEINBERG ANGLE IN THE NEUTRINO - ELECTRON SCATTERING: CALCULATIONS WITH M(Z) INPUT INCLUDING HIGHER ORDER CORRECTIONS

ニュートリノ-電子散乱におけるワインバーグ角測定に対する輻射補正の影響を，1ループ補正に加え全ての対数項を足し上げる近似において調べた．数値計算の際の Input としてはフェルミ結合定数の替りに Z の質量を用いた．

Zeitschrift für Physik C Particles and Fields


W+- BOSON PAIR PRODUCTION IN E+ E- PROCESS --- HOW SHOULD WE DEVELOP THEORETICAL ANALYSIS?

電子-陽電子反応における W ボソン対生成の断面積が実験的に測定された場合に，どのような理論的な解析を進めるべきかについて考察した．特に，高次補正計算の際の Input の取り方について注意深く調べた．


INTRODUCTION TO HIGHER ORDER ANALYSIS OF THE ELECTROWEAK INTERACTION

SU(2)×U(1) 電弱理論における高次補正の計算方法について詳しい解説を行った．いくつかの反応に対する1ループ補正の式を全て具体的に与え，また，それらに対する近似式を導き，さらに W，Z 質量関係式との関連について論じた．


Mw-Mz Relation as a Clean Test of Higher Order Effects and Its Application to Heavy Fermion Search

Mw-Mz 質量関係式を用いた電弱精密解析について，その重要ポイントを整理し，更にそれが未発見の重いフェルミオン探しにとって極めて有効であることを指摘した．


ROLE OF HEAVY FERMIONS AND HEAVY HIGGS SCALARS IN THE ELECTROWEAK CORRECTION TO THE M (W) - M (Z) RELATION

W-Z 質量関係式に対する電弱量子効果における重いトップクォークおよび重いヒッグスボソンの役割について調べた．トップの寄与についてはその質量の2乗に比例する項が生じるが，ヒッグスについては対数項のみが残ることを具体的に示した．また，実験で測定されたばかりの W，Z の質量を用い，トップの質量はだいたい 250 GeV よりは軽くなければならないことを示した．


HIGGS BOSON PRODUCTION IN HIGH-ENERGY LEPTON - NUCLEON SCATTERING

高エネルギーレプトン-核子散乱におけるヒッグス粒子の生成断面積を計算した．核子の構造関数としては QCD 効果を含めたパートン模型を用い，また仮想的な(核子内)重クォークの寄与についても出来る限り正確に取り入れた．この結果，将来の実験において発見可能な質量の領域などに対する具体的な情報が得られた．


ELECTROWEAK THEORY --- FRAMEWORK OF ON-SHELL RENORMALIZATION AND STUDY OF HIGHER ORDER EFFECTS

この時点までの電弱高次効果計算の内容を総合し，更に W，Z の質量に対する輻射補正の計算を具体的に行った．また，1ループ計算に現れる積分を全て実行して公式の形にまとめ，加えてそれらの近似形も導いた．この結果，数値計算への応用も容易に行えるようになった．

Progress of Theoretical Physics Supplement


HOW DOES THE DISCOVERY OF Z BOSON IMPROVE THE PREDICTION FOR W+- BOSON MASS?

近い将来，Zボソンの質量が非常に正確に測定されるであろうことを考え，その質量を数値計算の Input の一つとして用いてWボソンの質量を1ループのレベルで計算した．これはWとZの質量関係式を与えるもので，その後，電弱理論の精密解析において極めて重要な役割を果たすことになった．


HARD BREMSSTRAHLUNG EFFECTS IN PURELY LEPTONIC WEAK PROCESSES --- ENERGY AND ANGLE CUT DEPENDENCE

青木-日置による先の論文はνe 散乱の全断面積に対する電磁補正であったが，ここでは放出される硬光子がいろいろな運動量(大きさ·方向)を持つ場合について詳しく調べ，先の論文で見出した二重対数項の打ち消し合いがどのように起こるのかを具体的に示した．


HARD PHOTON EMISSION IN HIGH-ENERGY NEUTRINO E SCATTERINGS

電弱輻射補正による先の論文の計算では，弱相互作用の量子効果は完全に取り入れられているが，電磁相互作用については軟光子近似を用いたため，直接実験と比較することが出来ない．そこで，硬光子放出の効果も含めるよう，更に計算を行った．その結果，大きな補正を生み出していた二重対数項が互いに打ち消しあい，全体の補正は最終的には非常に小さくなることがわかった．


ELECTROWEAK RADIATIVE CORRECTIONS TO HIGH-ENERGY NEUTRINO E SCATTERINGS

同著者による先の論文における計算をνN->μν，μ->eννbar といった荷電カレント反応にも適用した．この結果，WやZという粒子の質量に対する輻射補正も調べることが出来るようになり，実際それは予想外に大きいことが見出された．電磁相互作用の補正については軟光子放出の近似を採用した．


SEARCH FOR CHARM - PAIR PRODUCTION EFFECTS IN LEPTON - HADRON AND HADRON - HADRON REACTIONS

レプトン-核子および核子-核子反応におけるチャーム粒子対生成について調べた．特に，νN->μ^-μ^-X という反応の起源としてのチャーム対生成に着目し，そのために必要な断面積を求め，それが実際に他の反応のデータと矛盾しないかどうかの定量的なテストが，eN，μN反応において行えることを示した．


LEPTON INDUCED MULTI - MUON PRODUCTION --- PHENOMENOLOGICAL ANALYSIS IN LEFT-HANDED SCHEME

高エネルギーνN反応でのμ^-μ^+，μ^-μ^-およびμ^-μ^-μ^+生成を，左巻カレントのみ含む模型において分析した．特に，μ^-μ^-生成についてはその起源が明らかではないため，チャーム粒子対生成およびそのμ崩壊という機構を仮定し，必要な生成断面積を計算した．


CONSTRAINTS ON THE MIXING ANGLE BETWEEN ORDINARY AND HEAVY LEPTONS IN A (V-A) MODEL --- DETAILED ANALYSIS

同名(副題なし)の先の論文での分析を，より詳しく行った．更に，νN反応において発見されたμ^-μ^-μ^+生成との関連について調べ，この模型に含まれる重いレプトンが，一旦つくられた後すぐに崩壊すると仮定すれば，実験結果をうまく再現できることを示した．


An annual report 2013 on campus wide Faculty Development programs at The University of Tokushima

2013年度徳島大学全学FD推進プログラムの実施報告

Journal of University Education Research


An annual report 2012 on campus wide Faculty Development programs at The University of Tokushima

2012年度徳島大学全学FD推進プログラムの実施報告


2011年度徳島大学全学FD推進プログラムの実施報告

2011年度徳島大学全学FD推進プログラムの実施報告


2010年度徳島大学全学FD推進プログラムの実施報告

2010年度徳島大学全学FD推進プログラムの実施報告


Anomalous top-couplings and momentum distributions of the final-lepton from ttbar productions/decays in parton collisions

パートン衝突でのトップクォーク対生成・崩壊における終状態レプトン運動量分布と非標準トップ相互作用

We study the momentum distributions of the final-state charged lepton in parton-parton collisions qqbar, gg → ttbar → lX (l= e or μ), considering their application to actual experimental-data analyses at high-energy hadron colliders, i.e., Tevatron and Large Hadron Collider (LHC). Assuming general anomalous ttg + ttgg and tbW couplings, we derive analytical formulas for the above distributions based on Kawasaki-Shirafuji-Tsai formalism. We there take into account all the terms on the former-coupling parameters while up to the linear terms about the latter. We then calculate the lepton energy- and angular-distributions to clarify how they are affected by the anomalous couplings, and also search, through the total cross sections, for the parameter range where quadratic (or higher-order) terms of nonstandard QCD couplings can safely be neglected and consequently we can carry out the optimal-observable analysis properly for estimating the expected statistical uncertainties in parameter measurements.

Natural Science Research, Faculty of Integrated Arts and Sciences, The University of Tokushima

徳島大学総合科学部自然科学研究


Search for anomalous top-gluon couplings at hadron colliders

ハドロン衝突型加速器による非標準トップ-グルオン結合の探索

We study non-standard top-gluon-coupling effects from possible beyond-the-standard-model physics through top-quark pair productions at hadron colliders, i.e., Tevatron/LHC. We calculate the total cross section sigma(pp →t¯t) at LHC, and also the top-quark-jet angular distribution in t¯t productions at both Tevatron and LHC as a function of two anomalous-coupling parameters, i.e., the chromoelectric and chromomagnetic moments of the top, which are constrained by the total cross section sigma(p¯p → t¯tX) measured at Tevatron. We find that there will be some chances to observe sizable effects induced by those new couplings.

徳島大学総合科学部自然科学研究


Top-quark pair productions and CP-violating Higgs interactions at muon colliders

ミューオンコライダーにおけるトップクォーク対生成とCP非保存ヒッグス相互作用

We study CP-violation effects from possible non-standard Higgs interactions in beyond-the-standard-model physics through top-quark pair productions at uar{u} colliders. We calculate two CP-violating asymmetries for longitudinal and transverse beam polarizations, and study their dependence on qrt{s} and m_H, the additional Higgs mass. Judging from their computed absolute values, we conclude that there are more chances to find non-standard effects in analyses using A_L, the longitudinal asymmetry, than in those using A_T, the transverse asymmetry.

徳島大学総合科学部自然科学研究


Angular Distribution of the Final Lepton in Polarized Top-Quark Decay

偏極トップ·クォーク崩壊における終状態レプトンの角分布

The angular distribution of the final-state charged lepton in polarized top-quark semileptonic decay was calculated by using the most general invariant amplitude in order to explore possible non-standard top-quark interactions. Comparing the results with the standard-model predictions, we found that our results agree with those of the standard model up to terms linear in the anomalous couplings, but there appears some discrepancy when we include the square of their contributions. This discrepancy forms a correction to the decoupling theorem on the final-particle angular distribution in general top-quark production/decay.

トップクォークの非標準相互作用を探るため，最も一般的な不変散乱振幅を用いて，偏極トップ·クォークの半レプトン崩壊過程における終状態レプトンの角分布を計算した．この結果を標準模型の予言と比較すと，非標準結合の1次の寄与までは標準模型と一致するが，2乗項まで含めると標準模型からのずれが見られた．このずれは，トップ崩壊生成粒子の角分布に関する脱結合定理に対する補正となる．

徳島大学総合科学部自然科学研究


ROLE OF THE FERMI COUPLING CONSTANT AND Z BOSON MASS AS INPUT DATA TO DETERMINE SIN**2THETA(W)

Journal of Science of College of General Education, University of Tokushima


WWγ及びWWZバーテックスに対するフェルミオンループ補正について

WWγ及びWWZバーテックスに対するフェルミオンループ補正について

徳島大学教養部紀要(自然科学)


弱·電磁相互作用の高次効果 --- Leptonic process に対する 1-loop 補正


Refined analysis and updated constraints on general non-standard tbW couplings

We recently studied possible non-standard tbW couplings based on the effective-Lagrangian which consists of four kinds of SU(3) x SU(2) x U(1) invariant dimension-6 effective operators and gave an experimentally allowed region for each non-standard coupling. We here re-perform that analysis much more precisely based on the same experimental data but on a new computational procedure using the Graphics-Processing-Unit (GPU) calculation system. Comparing these two analyses with each other, the previous one is found to have given quite reliable results despite of its limited computation capability. We then apply this new procedure to the latest data and present updated results.


Full analysis of general non-standard tbW couplings

Possible non-standard couplings which could contribute to the t -> b W process are studied based on the effective-Lagrangian approach. The corresponding effective Lagrangian consists of four kinds of dimension-6 effective operators, each of which has an independent coupling constant. In this analysis, all those couplings are treated as complex numbers and constraints on them are estimated by using recent experimental data from the LHC. We point out that the resultant constraints on those couplings are still not that strong because contributions from some couplings can work oppositely with each other.


Final charged-lepton angular distribution and possible anomalous top-quark couplings in pp -> t tbar X -> l+ X'

Possible anomalous (or nonstandard) top-quark interactions with the gluon and those with the W boson induced by SU(3) x SU(2) x U(1) gauge-invariant dimension-6 effective operators are studied in p p -> t tbar X -> l^+ X' (l=e or mu) at the Large Hadron Collider (LHC). The final charged-lepton (l^+) angular distribution is first computed for nonvanishing nonstandard top-gluon and top-W couplings with a cut on its transverse momentum. The optimal-observable procedure is then applied to this distribution in order to estimate the expected statistical uncertainties in measurements of those couplings that contribute to this process in the leading order.


Optimal-observable analysis of possible non-standard top-quark couplings in pp -> t tbar X -> l+ X'

Possible non-standard top-quark interactions with the gluon and the W boson induced by SU(3) X SU(2) X U(1) gauge-invariant dimension-6 effective operators are studied for hadron-collider experiments. Current limits on top-gluon couplings are presented by using the latest experimental data of t t-bar productions at the Tevatron and the Large Hadron Collider (LHC). The optimal-observable procedure is applied to the charged-lepton distributions in p p -> t t-bar X -> l^+ X' (l = e or mu) at the LHC in order to estimate the expected statistical uncertainties in measurements of those non-standard top-gluon and top-W couplings that contribute to this process in the leading order.


Optimal-observable analysis of possible new physics using the b-quark in γγ -> t tbar -> bX

We study possible anomalous top-quark couplings generated by SU(2) x U(1) gauge invariant dimension-6 effective operators, using the final b-quark momentum distribution in gamma gamma -> tt -> bX. Taking into account non-standard tt gamma, tbW and gamma gamma H couplings, we perform an optimal-observable analysis in order to estimate the precision for the determination of all relevant non-standard couplings.

次元6を持つ SU(2)xU(1) ゲージ不変な有効演算子によって誘起される異常トップクォーク結合をγγ --> tt -> bX での b クォーク運動量分布を用いて調べた．非標準的 ttγ，tbW および γγH 結合を考慮し，全ての関係する非標準結合を決定するための最適観測量解析を行った．


Decoupling of anomalous top-quark-decay vertices in angular distribution of secondary particles

Angular distribution of a secondary particle from top-quark decays is studied in a simple and general manner, paying careful attention to how relevant the top-quark production mechanism is. The conditions that lead to the distribution free from any possible anomalous top-quark decay interactions are specified. It is discussed how important the approximations adopted in earlier papers are.

トップクォーク崩壊での生成粒子の角度分布を，簡単かつ一般的な方法で，またトップ自体の生成機構との関係にも注意を払いつつ分析した．生成粒子の角分布がトップ崩壊相互作用の詳細に依存しなくなるための条件を特定し，これまでの分析で用いてきた近似方法の重要性について検討した．


ANGULAR DISTRIBUTION OF LEPTONS IN GENERAL T ANTI-T PRODUCTION AND DECAY

Angular distribution of the secondary lepton in top-quark production followed by subsequent semi-leptonic decay is studied assuming general top-quark couplings. It is shown that the distribution does not depend on any possible anomalous tbW couplings and is determined only by the standard V-A decay vertex for any production mechanism if certain well-justified conditions are satisfied.

トップクォークの生成および引き続いての半レプトン崩壊で生まれるレプトンの角度分布を，一般的なトップ結合を仮定して調べた．結果として，ある一定の条件が満たされれば，どんなトップ生成機構に対しても，レプトンの角度分布は tbW 結合の非標準部分には依存しないことが見出された．


NEW HINTS FOR TESTING ANOMALOUS TOP QUARK INTERACTIONS AT FUTURE LINEAR COLLIDERS

Angular and energy distributions for leptons and bottom quarks in the process e^+e^- --> t t-bar --> l^{+-}/b(b-bar) ... have been calculated assuming the most general top-quark couplings. The double distributions depend both on modification of the t t-bar production and t(t-bar) --> b(b-bar) W decay vertices. However, the leptonic angular distribution turned out to be totally insensitive to non-standard parts of Wtb vertex. Distributions of decay products for polarized top quark in its rest frame have been also calculated. It has been found that the factorization of energy and angular dependence for the double leptonic distribution noticed earlier for the Standard Model survives even if one allows for deviations from the V-A interactions, and the SM angular leptonic distribution turned out to be preserved by anomalous decay vertex.

電子·陽電子--> トップ対 --> レプトンまたはボトムという生成崩壊過程におけるレプトンとボトムのエネルギー·角度分布を，最も一般的なトップ結合を仮定して計算した．二重分布の方は，トップの崩壊相互作用の非標準部分に依存することが見出されたが，レプトンの角度分布の方は，この非標準トップ崩壊相互作用には全く依存しないことがわかった．


CP VIOLATING LEPTON ENERGY CORRELATION IN E- E+ ---> T ANTI-T

In order to observe a signal of possible CP violation in top-quark couplings, we have studied energy correlation of the final leptons in e^+e^- --> ttbar --> l^+l^-X / l^+- X at future linear colliders. Applying the recently-proposed optimal method, we have compared the statistical significances of CP-violation-parameter determination using double- and single-lepton distributions. We have found that the single-lepton-distribution analysis is more advantageous.

トップ結合における可能なCP非保存のシグナルを探るため，次世代線型加速器を想定し，電子·陽電子衝突でのトップ対生成およびその半レプトン崩壊を調べた．最近提案された最適観測量測定法を適用することにより，CP非保存パラメータの測定精度を求め，l^+l^- 生成よりも単独の l^{+-} 生成の方が高い精度を与えることを見出した．


INDICATIONS ON THE HIGGS BOSON MASS FROM THE LEP DATA

We update our previous analysis on the Higgs mass mh and the QCD coupling alpha_s(=alpha_s(Mz)) by using the LEP data after the 1995 Winter Conferences. For mt=180 GeV we find evidence for a rather large value of the Higgs mass in the range 500-1000 GeV, in agreement with the indications from the W mass.

同著者による先の論文での解析を，新しいデータを用いて再度行なった．その結果，先の論文で指摘した問題は依然として存在し，ヒッグスの質量としてかなり重い値が要求されていることが見出された．


REMARKS ON THE VALUE OF THE HIGGS MASS FROM THE PRESENT LEP DATA

We perform a detailed comparison of the present LEP data with the one-loop standard-model predictions. It is pointed out that for mt= 174 GeV the ``bulk'' of the data prefers a rather large value of the Higgs mass in the range 500-1000 GeV, in agreement with the indications from the W mass. On the other hand, to accommodate a light Higgs it is crucial to include the more problematic data for the tau F-B asymmetry. We discuss further improvements on the data taking required to obtain a firm conclusion.

LEPから報告されている精密データを詳しく包括的に解析し，そのヒッグス質量に対する制限を調べた．その結果，幾つかの問題が明らかになり，対応するデータを除いて再度解析すると，ヒッグスの質量としては，他の分析結果とは異なり，かなり重い値が要求されることが見出された．


IS THE STANDARD ELECTROWEAK THEORY HAPPY WITH M(T) APPROXIMATELY 174-GEV?

Based on the recent CDF report on the top-quark, we have carried out an analysis on the Higgs mass within the minimal standard electroweak theory using the latest data on the W-mass. Although this theory is in quite a happy situation now, we wish to point out that more precise measurements of Mw and mt in the future are crucial and they could come to require some new physics beyond it.

トップクォーク生成が実験的に確認され，その質量が約 174 GeV であると報告された．そこで，この値がW，Zボソン質量のデータと矛盾しないかどうかを詳しく調べ，両者が共存出来るためには，ヒッグス粒子の質量が 1 TeV 以上にならなければならないことを示した．


NONTRIVIAL TEST OF ELECTROWEAK QUANTUM EFFECTS

Based on recent W-mass measurements, the electroweak theory is tested at non-trivial quantum correction level, i.e., beyond the Born approximation with alpha(Mz) instead of alpha. We can conclude that some non-Born type corrections must exist at more than 92 % confidence level, and the non-decoupling top-quark corrections are required at 97 % confidence level.

電弱輻射補正は幾つかの異なる起源を持つ項から構成されているが，最も大きい寄与は，光子伝播関数に対する軽い荷電フェルミオンループ補正である．ところが，この効果は電磁相互作用の有効結合定数に繰り込まれてしまうため，単なる電磁輻射補正であるという主張が存在する．そこで，最新のW，Zボソン質量のデータを用い，この効果以外の寄与を詳しく調べたところ，今ではその他の効果も無視出来ないことが明らかになった．


POLARIZED LAMBDA(B) DECAY AND THE WEAK CURRENT STRUCTURE

b-c 荷電カレントのカイラル構造を調べるため，偏極した Λb の半レプトン崩壊幅を重クォーク有効理論を用いて計算した．この結果，終状態の電子のエネルギー分布を見ることが，この分析にとって重要であることが明らかになった．


FACTORIZATION HYPOTHESIS FOR B NONLEPTONIC DECAYS WITHIN THE HEAVY QUARK EFFECTIVE THEORY

重クォーク有効理論を用いてB中間子の非レプトン崩壊を調べ，通常の計算でしばしば用いられる遷移行列要素の「因子分解仮説」の有効性をテストした．そこではチャームクォークの質量の逆数の補正項まで取り入れ，同じBの半レプトン崩壊から決めたパラメータを用いた．その結果，少なくともこのBの崩壊に関しては，仮説は良い近似で成立していることがわかった．


TOP AND HIGGS HUNTING VIA M(W) AND GAMMA(Z)

Z ボソンの質量および崩壊幅に対する輻射補正を数値的に解析した．そこでは単に1ループの寄与だけではなく，対数項の足し上げも含めた式を用い，トップの質量を予測した．結果は，トップ質量が約 135 GeV というものである．


CLEAN TEST OF ELECTROWEAK QUANTUM EFFECTS INDEPENDENT OF LOW-ENERGY NEUTRAL CURRENT PROCESSES

LEP において Z の質量が高精度で決定されたので，それを用いて電弱量子効果の精密解析を行なった．その結果，単に対数項を取り入れるだけでは実験値は再現できないこと，およびその他の微小な補正項を取り入れて初めて実験値を説明できることがわかった．これは更に一歩進んだ電弱理論の精密検証である．


THE FIRST PRECISE TEST OF THE ELECTROWEAK THEORY INDEPENDENT OF THE NEUTRINO EXPERIMENTS

SLAC において SLC が稼動を始め，Z ボソンの質量が極めて正確に決定され，同時に W の質量も CDF により，これまで以上の精度で測定されたので，それらを用いて電弱輻射補正の分析を行なった．その結果，輻射補正を含めない W-Z 質量関係式は実験と矛盾する一方，輻射補正を含めたものはデータと非常によく一致することがわかった．これは電弱理論の，ニュートリノ実験に依存しない最初の精密検証である．


HEAVY FERMION CORRECTIONS TO HIGGS COUPLINGS REVISITED

ヒッグス粒子が含まれる結合に対する重いトップの輻射補正は，ヒッグス探しの実験において不可欠である．ところが既存の計算式はその Input のとり方が標準的ではないため，扱いが不便である．そこで現在の実験で得られるデータが直接使えるようなコンパクトな式を1ループ近似において導いた．


ON THE W BOSON MASS DETERMINATION IN THE TOTAL CROSS-SECTION OF E+ E- ---> W+ W- PROCESS

e^+e^- --> W^+W^- という反応を通じての W ボソン質量の測定について調べた．この断面積の大きさは，Input の選び方に強く依存するので，客観的な意味での質量測定が非常に難しいこと，しかしながら，この反応の立ち上がりの振舞いは不定性が小さく，結果として W の質量測定に適していることが見出された．


LOGARITHMIC AND HEAVY QUARK CORRECTIONS TO E+ E- ---> W+ W- INCLUDING OFF-SHELL EFFECTS IN THE FINAL STATES

電子-陽電子反応における W ボソン対生成に対する輻射補正を，対数項と重いトップクォークの寄与を取り出す近似を用いて計算した．特に，終状態の W ボソンの崩壊幅の影響について詳しく調べた．数値計算の際の Input としては Z ボソン質量を採用した．


ONE LOOP EFFECTS OF HEAVY SCALAR QUARKS IN SUPERSYMMETRIC ELECTROWEAK THEORY

超対称化された電弱理論における輻射補正を，スカラートップとスカラーボトムの質量差が大きい場合について調べた．結果として，この効果の W-Z 質量関係式への影響は，トップ-ボトムという二重項の場合と全く同じ形になることが見出された．


MASS RELATION OF THE WEAK GAUGE BOSONS AS A CLEAN TEST OF ELECTROWEAK HIGHER ORDER EFFECTS --- ANALYSIS INCLUDING LEADING LOG CORRECTIONS

W-Z 質量関係式に対して対数補正項を取り入れる計算を行った．具体的には，繰り込み群を用いて摂動の全ての次数の寄与を足し上げ，対応する数値計算を行った．その結果，1ループ補正のみ加えた場合に比較して，理論的な不定性が著しく小さくなった．


WHAT DO MEASUREMENTS OF M (W) AND M (Z) TELL US ABOUT THE TOP QUARK AND HIGGS BOSON MASSES?

電弱高次効果における重いクォークの役割を，W-Z 質量関係式において調べた．この場合，通常の理論での重い粒子の寄与についての脱結合定理が成立せず，重いクォークの質量の2乗に比例する項が現れる．これにより，逆にその重いクォークの質量に実験データから制限を付けられることを示した．


ONE LOOP CORRECTIONS TO NEUTRINO E SCATTERING IN WEINBERG-SALAM THEORY --- NEUTRAL CURRENT PROCESSES

電弱相互作用のワインバーグ·サラム理論の範囲内で，ニュートリノ-電子中性カレント反応に対する1ループ補正を調べた．計算は全て On-shell 繰り込み処方で進められ，結果は電荷および粒子の質量という直接観測可能な量で表されたため，非常に理解し易く見通しのよいものとなった．


ON THE CHARM PAIR PRODUCTION IN NEUTRINO N AND P N COLLISIONS

ニュートリノ-核子および核子-核子反応におけるチャーム粒子対生成について分析した．特に，指摘されていた両方の反応での生成確率の不一致について調べ，パートン模型の適用可能範囲を守れば不一致は存在しないことを示した．


CONSTRAINTS ON THE MIXING ANGLE BETWEEN ORDINARY AND HEAVY LEPTONS IN A V-A MODEL

クォーク·レプトンが8個以上存在する場合における粒子間混合の可能性を，純粋に左巻二重項のみを含む模型の範囲内で調べた．多くの実験データを総合的に分析すると，一見自由に決められるかのような混合角に厳しい制限がつくことを見出した．


SAME SIGN DIMUON EVENTS AND DELTA C NOT EQUAL TO 0 NEUTRAL CURRENT

先の論文で提案した模型の枠内で，特にνN -> μ^-μ^-X という反応を詳しく調べた．この模型にはチャーム量子数が変化する中性カレントが含まれており，それによりD^0-D^0bar 中間子混合の確率が大きくなる．これにより実験で報告されていた高い μ^-μ^- 生成確率をうまく説明することができた．


WEAK CURRENT MODEL WITH DELTA C NOT EQUAL TO 0 NEUTRAL CURRENT

高エネルギーニュートリノ-核子反応において報告されていた異常現象を説明するための模型を，SU(2)×U(1)ゲージ理論に基づき提案した．これは従来の粒子構成に加え，アップクォーク-チャームクォーク混合を含む右巻二重項を導入するもので，標準模型では理解できない現象をうまく説明することができた．