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

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

doi:10.1103/PhysRevD.80.052001

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. © 2009 The American Physical Society.