Search for single production of vector-like B quark decaying to bZ at future linear colliders

Abstract

Abstract New vector-like quarks are predicted in many new physics scenarios beyond the Standard Model (SM). Based on a model-independent framework, we investigate the prospect of discovering the SU (2) singlet vector-like bottom quark (VLQ- B ) in $$e^{+}e^{-}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> collisions at 3 TeV Compact Linear Collider. We study the single VLQ- B production process $$e^{-}e^{+}\rightarrow B{\bar{b}}\rightarrow Zb{\bar{b}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>b</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mi>b</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>b</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> with two types of decay channel: $$Z\rightarrow \ell ^{+}\ell ^{-}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> , and $$Z\rightarrow \nu {\bar{\nu }}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>Z</mml:mi> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>ν</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> . By carrying out a full simulation for the signals and the relevant SM backgrounds, the $$2\sigma $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>σ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> exclusion limit and $$5\sigma $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mi>σ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> discovery prospects are, respectively, obtained on the B quark mass and the coupling strength $$g^{*}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mrow/> <mml:mo>∗</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> with the integrated luminosity of 5 $$\hbox {ab}^{-1}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mtext>ab</mml:mtext> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> . Our numerical results show that the possible signals of the singlet VLQ- B might be detected at the future high-energy $$e^{+}e^{-}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> linear colliders.

Topics & Concepts