Abstract
We have used the Collider Detector at Fermilab (CDF-II) to search for the flavor-changing neutral-current (FCNC) top-quark decay t→Zc using a technique employing ratios of W and Z production, measured in pp̄ data corresponding to an integrated luminosity of 1.52fb-1. The analysis uses a comparison of two decay chains, pp̄→tt̄→WbWb→νbjjb and pp̄→tt̄→ZcWb→cjjb, to cancel systematic uncertainties in acceptance, efficiency, and luminosity. We validate the modeling of acceptance and efficiency for lepton identification over the multiyear data set using another ratio of W and Z production, in this case the observed ratio of inclusive production of W to Z bosons. To improve the discrimination against standard model backgrounds to top-quark decays, we calculate the top-quark mass for each event with two leptons and four jets assuming it is a tt̄ event with one of the top quarks decaying to Zc. For additional background discrimination we require at least one jet to be identified as originating from a b quark. No significant signal is found and we set an upper limit on the FCNC branching ratio Br(t→Zc) using a likelihood constructed from the cjjb top-quark mass distribution and the number of νbjjb events. Limits are set as a function of the helicity of the Z boson produced in the FCNC decay. For 100% longitudinally-polarized Z bosons we find limits of 8.3% and 9.3% (95% C.L.) depending on the assumptions regarding the theoretical top-quark pair production cross section.
| Original language | English (US) |
|---|---|
| Article number | 052001 |
| Journal | Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology |
| Volume | 80 |
| Issue number | 5 |
| DOIs | |
| State | Published - Sep 8 2009 |
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- Nuclear and High Energy Physics
- Physics and Astronomy (miscellaneous)
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Dive into the research topics of 'Search for the neutral current top quark decay t→Zc using the ratio of Z-boson+4jets to W-boson+4jets production'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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In: Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology, Vol. 80, No. 5, 052001, 08.09.2009.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
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T1 - Search for the neutral current top quark decay t→Zc using the ratio of Z-boson+4jets to W-boson+4jets production
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N1 - Funding Information: We thank the Fermilab staff and the technical staffs of the participating institutions for their vital contributions. This work was supported by the U.S. Department of Energy and National Science Foundation; the Italian Istituto Nazionale di Fisica Nucleare; the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan; the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada; the National Science Council of the Republic of China; the Swiss National Science Foundation; the A. P. Sloan Foundation; the Bundes?>ministerium fuer Bildung und Forschung, Germany; the Korean Science and Engineering Foundation and the Korean Research Foundation; the Particle Physics and Astronomy Research Council and the Royal Society, UK; the Russian Foundation for Basic Research; the Comision Interministerial de Ciencia y Tecnologia, Spain; in part by the European Community’s Human Potential Programme under Contract No. HPRN-CT-20002, Probe for New Physics; and by the Research Fund of Istanbul University Project No. 1755/21122001.
PY - 2009/9/8
Y1 - 2009/9/8
N2 - We have used the Collider Detector at Fermilab (CDF-II) to search for the flavor-changing neutral-current (FCNC) top-quark decay t→Zc using a technique employing ratios of W and Z production, measured in pp̄ data corresponding to an integrated luminosity of 1.52fb-1. The analysis uses a comparison of two decay chains, pp̄→tt̄→WbWb→νbjjb and pp̄→tt̄→ZcWb→cjjb, to cancel systematic uncertainties in acceptance, efficiency, and luminosity. We validate the modeling of acceptance and efficiency for lepton identification over the multiyear data set using another ratio of W and Z production, in this case the observed ratio of inclusive production of W to Z bosons. To improve the discrimination against standard model backgrounds to top-quark decays, we calculate the top-quark mass for each event with two leptons and four jets assuming it is a tt̄ event with one of the top quarks decaying to Zc. For additional background discrimination we require at least one jet to be identified as originating from a b quark. No significant signal is found and we set an upper limit on the FCNC branching ratio Br(t→Zc) using a likelihood constructed from the cjjb top-quark mass distribution and the number of νbjjb events. Limits are set as a function of the helicity of the Z boson produced in the FCNC decay. For 100% longitudinally-polarized Z bosons we find limits of 8.3% and 9.3% (95% C.L.) depending on the assumptions regarding the theoretical top-quark pair production cross section.
AB - We have used the Collider Detector at Fermilab (CDF-II) to search for the flavor-changing neutral-current (FCNC) top-quark decay t→Zc using a technique employing ratios of W and Z production, measured in pp̄ data corresponding to an integrated luminosity of 1.52fb-1. The analysis uses a comparison of two decay chains, pp̄→tt̄→WbWb→νbjjb and pp̄→tt̄→ZcWb→cjjb, to cancel systematic uncertainties in acceptance, efficiency, and luminosity. We validate the modeling of acceptance and efficiency for lepton identification over the multiyear data set using another ratio of W and Z production, in this case the observed ratio of inclusive production of W to Z bosons. To improve the discrimination against standard model backgrounds to top-quark decays, we calculate the top-quark mass for each event with two leptons and four jets assuming it is a tt̄ event with one of the top quarks decaying to Zc. For additional background discrimination we require at least one jet to be identified as originating from a b quark. No significant signal is found and we set an upper limit on the FCNC branching ratio Br(t→Zc) using a likelihood constructed from the cjjb top-quark mass distribution and the number of νbjjb events. Limits are set as a function of the helicity of the Z boson produced in the FCNC decay. For 100% longitudinally-polarized Z bosons we find limits of 8.3% and 9.3% (95% C.L.) depending on the assumptions regarding the theoretical top-quark pair production cross section.
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=70349762854&partnerID=8YFLogxK
UR - http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=70349762854&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1103/PhysRevD.80.052001
DO - 10.1103/PhysRevD.80.052001
M3 - Article
AN - SCOPUS:70349762854
SN - 1550-7998
VL - 80
JO - Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology
JF - Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology
IS - 5
M1 - 052001
ER -