Search for the neutral current top quark decay t→Zc using the ratio of Z-boson+4jets to W-boson+4jets production

T. Aaltonen, J. Adelman, T. Akimoto, B. Alvarez González, S. Amerio, D. Amidei, A. Anastassov, A. Annovi, J. Antos, G. Apollinari, A. Apresyan, T. Arisawa, A. Artikov, W. Ashmanskas, A. Attal, A. Aurisano, F. Azfar, P. Azzurri, W. Badgett, A. Barbaro-GaltieriV. E. Barnes, B. A. Barnett, V. Bartsch, G. Bauer, P. H. Beauchemin, F. Bedeschi, D. Beecher, S. Behari, G. Bellettini, J. Bellinger, D. Benjamin, A. Beretvas, J. Beringer, A. Bhatti, M. Binkley, D. Bisello, I. Bizjak, R. E. Blair, C. Blocker, B. Blumenfeld, A. Bocci, A. Bodek, V. Boisvert, G. Bolla, D. Bortoletto, J. Boudreau, A. Boveia, B. Brau, A. Bridgeman, L. Brigliadori, C. Bromberg, E. Brubaker, J. Budagov, H. S. Budd, S. Budd, S. Burke, K. Burkett, G. Busetto, P. Bussey, A. Buzatu, K. L. Byrum, S. Cabrera, C. Calancha, M. Campanelli, M. Campbell, F. Canelli, A. Canepa, B. Carls, D. Carlsmith, R. Carosi, S. Carrillo, S. Carron, B. Casal, M. Casarsa, A. Castro, P. Catastini, D. Cauz, V. Cavaliere, M. Cavalli-Sforza, A. Cerri, L. Cerrito, S. H. Chang, Y. C. Chen, M. Chertok, G. Chiarelli, G. Chlachidze, F. Chlebana, K. Cho, D. Chokheli, J. P. Chou, G. Choudalakis, S. H. Chuang, K. Chung, W. H. Chung, Y. S. Chung, T. Chwalek, C. I. Ciobanu, M. A. Ciocci, A. Clark, D. Clark, G. Compostella, M. E. Convery, J. Conway, M. Cordelli, G. Cortiana, C. A. Cox, D. J. Cox, F. Crescioli, C. Cuenca Almenar, J. Cuevas, R. Culbertson, J. C. Cully, D. Dagenhart, M. Datta, T. Davies, P. De Barbaro, S. De Cecco, A. Deisher, G. De Lorenzo, M. Dell'Orso, C. Deluca, L. Demortier, J. Deng, M. Deninno, P. F. Derwent, G. P. Di Giovanni, C. Dionisi, B. Di Ruzza, J. R. Dittmann, M. D'Onofrio, S. Donati, P. Dong, J. Donini, T. Dorigo, S. Dube, J. Efron, A. Elagin, R. Erbacher, D. Errede, S. Errede, R. Eusebi, H. C. Fang, S. Farrington, W. T. Fedorko, R. G. Feild, M. Feindt, J. P. Fernandez, C. Ferrazza, R. Field, G. Flanagan, R. Forrest, M. J. Frank, M. Franklin, J. C. Freeman, H. J. Frisch, I. Furic, M. Gallinaro, J. Galyardt, F. Garberson, J. E. Garcia, A. F. Garfinkel, K. Genser, H. Gerberich, D. Gerdes, A. Gessler, S. Giagu, V. Giakoumopoulou, P. Giannetti, K. Gibson, J. L. Gimmell, C. M. Ginsburg, N. Giokaris, M. Giordani, P. Giromini, M. Giunta, G. Giurgiu, V. Glagolev, D. Glenzinski, M. Gold, N. Goldschmidt, A. Golossanov, G. Gomez, G. Gomez-Ceballos, M. Goncharov, O. González, I. Gorelov, A. T. Goshaw, K. Goulianos, A. Gresele, S. Grinstein, C. Grosso-Pilcher, R. C. Group, U. Grundler, J. Guimaraes Da Costa, Z. Gunay-Unalan, C. Haber, K. Hahn, S. R. Hahn, E. Halkiadakis, B. Y. Han, J. Y. Han, F. Happacher, K. Hara, D. Hare, M. Hare, S. Harper, R. F. Harr, R. M. Harris, M. Hartz, K. Hatakeyama, C. Hays, M. Heck, A. Heijboer, B. Heinemann, J. Heinrich, C. Henderson, M. Herndon, J. Heuser, S. Hewamanage, D. Hidas, C. S. Hill, D. Hirschbuehl, A. Hocker, S. Hou, M. Houlden, S. C. Hsu, B. T. Huffman, R. E. Hughes, U. Husemann, M. Hussein, J. Huston, J. Incandela, G. Introzzi, M. Iori, A. Ivanov, E. James, D. Jang, B. Jayatilaka, E. J. Jeon, M. K. Jha, S. Jindariani, W. Johnson, M. Jones, K. K. Joo, S. Y. Jun, J. E. Jung, T. R. Junk, T. Kamon, D. Kar, P. E. Karchin, Y. Kato, R. Kephart, J. Keung, V. Khotilovich, B. Kilminster, D. H. Kim, H. S. Kim, H. W. Kim, J. E. Kim, M. J. Kim, S. B. Kim, S. H. Kim, Y. K. Kim, N. Kimura, L. Kirsch, S. Klimenko, B. Knuteson, B. R. Ko, K. Kondo, D. J. Kong, J. Konigsberg, A. Korytov, A. V. Kotwal, M. Kreps, J. Kroll, D. Krop, N. Krumnack, M. Kruse, V. Krutelyov, T. Kubo, T. Kuhr, N. P. Kulkarni, M. Kurata, S. Kwang, A. T. Laasanen, S. Lami, S. Lammel, M. Lancaster, R. L. Lander, K. Lannon, A. Lath, G. Latino, I. Lazzizzera, T. Lecompte, E. Lee, H. S. Lee, S. W. Lee, S. Leone, J. D. Lewis, C. S. Lin, J. Linacre, M. Lindgren, E. Lipeles, A. Lister, D. O. Litvintsev, C. Liu, T. Liu, N. S. Lockyer, A. Loginov, M. Loreti, L. Lovas, D. Lucchesi, C. Luci, J. Lueck, P. Lujan, P. Lukens, G. Lungu, L. Lyons, J. Lys, R. Lysak, D. MacQueen, R. Madrak, K. Maeshima, K. Makhoul, T. Maki, P. Maksimovic, S. Malde, S. Malik, G. Manca, A. Manousakis-Katsikakis, F. Margaroli, C. Marino, C. P. Marino, A. Martin, V. Martin, M. Martínez, R. Martínez-Ballarín, T. Maruyama, P. Mastrandrea, T. Masubuchi, M. Mathis, M. E. Mattson, P. Mazzanti, K. S. McFarland, P. McIntyre, R. McNulty, A. Mehta, P. Mehtala, A. Menzione, P. Merkel, C. Mesropian, T. Miao, N. Miladinovic, R. Miller, C. Mills, M. Milnik, A. Mitra, G. Mitselmakher, H. Miyake, N. Moggi, C. S. Moon, R. Moore, M. J. Morello, J. Morlock, P. Movilla Fernandez, J. Mülmenstädt, A. Mukherjee, Th Muller, R. Mumford, P. Murat, M. Mussini, J. Nachtman, Y. Nagai, A. Nagano, J. Naganoma, K. Nakamura, I. Nakano, A. Napier, V. Necula, J. Nett, C. Neu, M. S. Neubauer, S. Neubauer, J. Nielsen, L. Nodulman, M. Norman, O. Norniella, E. Nurse, L. Oakes, S. H. Oh, Y. D. Oh, I. Oksuzian, T. Okusawa, R. Orava, K. Osterberg, S. Pagan Griso, E. Palencia, V. Papadimitriou, A. Papaikonomou, A. A. Paramonov, B. Parks, S. Pashapour, J. Patrick, G. Pauletta, M. Paulini, C. Paus, T. Peiffer, D. E. Pellett, A. Penzo, T. J. Phillips, G. Piacentino, E. Pianori, L. Pinera, K. Pitts, C. Plager, L. Pondrom, O. Poukhov, N. Pounder, F. Prakoshyn, A. Pronko, J. Proudfoot, F. Ptohos, E. Pueschel, G. Punzi, J. Pursley, J. Rademacker, A. Rahaman, V. Ramakrishnan, N. Ranjan, I. Redondo, P. Renton, M. Renz, M. Rescigno, S. Richter, F. Rimondi, L. Ristori, A. Robson, T. Rodrigo, T. Rodriguez, E. Rogers, S. Rolli, R. Roser, M. Rossi, R. Rossin, P. Roy, A. Ruiz, J. Russ, V. Rusu, B. Rutherford, H. Saarikko, A. Safonov, W. K. Sakumoto, O. Saltó, L. Santi, S. Sarkar, L. Sartori, K. Sato, A. Savoy-Navarro, P. Schlabach, A. Schmidt, E. E. Schmidt, M. A. Schmidt, M. P. Schmidt, M. Schmitt, T. Schwarz, L. Scodellaro, A. Scribano, F. Scuri, A. Sedov, S. Seidel, Y. Seiya, A. Semenov, L. Sexton-Kennedy, F. Sforza, A. Sfyrla, S. Z. Shalhout, T. Shears, P. F. Shepard, M. Shimojima, S. Shiraishi, M. Shochet, Y. Shon, I. Shreyber, A. Sidoti, P. Sinervo, A. Sisakyan, A. J. Slaughter, J. Slaunwhite, K. Sliwa, J. R. Smith, F. D. Snider, R. Snihur, A. Soha, S. Somalwar, V. Sorin, J. Spalding, T. Spreitzer, P. Squillacioti, M. Stanitzki, R. St. Denis, B. Stelzer, O. Stelzer-Chilton, D. Stentz, J. Strologas, G. L. Strycker, D. Stuart, J. S. Suh, A. Sukhanov, I. Suslov, T. Suzuki, A. Taffard, R. Takashima, Y. Takeuchi, R. Tanaka, M. Tecchio, P. K. Teng, K. Terashi, J. Thom, A. S. Thompson, G. A. Thompson, E. Thomson, P. Tipton, P. Ttito-Guzmán, S. Tkaczyk, D. Toback, S. Tokar, K. Tollefson, T. Tomura, D. Tonelli, S. Torre, D. Torretta, P. Totaro, S. Tourneur, M. Trovato, S. Y. Tsai, Y. Tu, N. Turini, F. Ukegawa, S. Vallecorsa, N. Van Remortel, A. Varganov, E. Vataga, F. Vázquez, G. Velev, C. Vellidis, M. Vidal, R. Vidal, I. Vila, R. Vilar, T. Vine, M. Vogel, I. Volobouev, G. Volpi, P. Wagner, R. G. Wagner, R. L. Wagner, W. Wagner, J. Wagner-Kuhr, T. Wakisaka, R. Wallny, S. M. Wang, A. Warburton, D. Waters, M. Weinberger, J. Weinelt, W. C. Wester, B. Whitehouse, D. Whiteson, A. B. Wicklund, E. Wicklund, S. Wilbur, G. Williams, H. H. Williams, P. Wilson, B. L. Winer, P. Wittich, S. Wolbers, C. Wolfe, T. Wright, X. Wu, F. Würthwein, S. Xie, A. Yagil, K. Yamamoto, J. Yamaoka, U. K. Yang, Y. C. Yang, W. M. Yao, G. P. Yeh, J. Yoh, K. Yorita, T. Yoshida, G. B. Yu, I. Yu, S. S. Yu, J. C. Yun, L. Zanello, A. Zanetti, X. Zhang, Y. Zheng, S. Zucchelli

Research output: Contribution to journalArticle

4 Citations (Scopus)

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 languageEnglish
Article number052001
JournalPhysical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology
Volume80
Issue number5
DOIs
Publication statusPublished - 2009 Sep 8

    Fingerprint

ASJC Scopus subject areas

  • Nuclear and High Energy Physics
  • Physics and Astronomy (miscellaneous)

Cite this

Aaltonen, T., Adelman, J., Akimoto, T., Alvarez González, B., Amerio, S., Amidei, D., Anastassov, A., Annovi, A., Antos, J., Apollinari, G., Apresyan, A., Arisawa, T., Artikov, A., Ashmanskas, W., Attal, A., Aurisano, A., Azfar, F., Azzurri, P., Badgett, W., ... Zucchelli, S. (2009). Search for the neutral current top quark decay t→Zc using the ratio of Z-boson+4jets to W-boson+4jets production. Physical Review D - Particles, Fields, Gravitation and Cosmology, 80(5), [052001]. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.80.052001