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   1 <chapter name="Fourth-Generation Processes">
   2
   3 <h2>Fourth-Generation Processes</h2>
   4
   5 A fourth generation can be accommodated within the Standard Model,
   6 without the introduction of any new concepts. Many experimental
   7 constraints exist, but it has not been fully excluded. Therefore
   8 we offer a simple implementation, along the lines of the top.
   9 It could also be useful as a template for studies of other
  10 new particles with similar characteristics.
  11
  12 <p/>
  13 The fourth generation are given names as in the third, but with a prime,
  14 i.e. <ei>b'</ei> with PDG code 7, <ei>t'</ei> with code 8,
  15 <ei>tau'</ei> with code 17, and <ei>nu'_tau</ei> with code 18.
  16 Most important for you is to assign a mass hierarchy, to decide which
  17 fermions can decay into which. The current implementation assumes that
  18 mass splittings are big enough that fourth-generation fermions can
  19 decay to third-generation ones by the emission of an on-shell <ei>W</ei>.
  20 To this end, the standard three-generation CKM mixing matrix has been
  21 extended to include a fourth generation, see below. Since no mixing has
  22 been implemented in the neutrino sector it would be assumed that the
  23 lighter of <ei>tau'</ei> and <ei>nu'_tau</ei> is stable. No decay modes
  24 have been implemented that go beyond the Standard Model, so
  25 modifications would be needed if e.g. also SUSY is included in the game.
  26
  27 <h3>Production processes</h3>
  28
  29 <h4>1) <ei>b'</ei> processes</h4>
  30
  31 Different ways to produce <ei>b'</ei> quarks, singly or in pairs.
  32 For a <ei>b' t'</ei> pair see section 3 below.
  33
  34 <flag name="FourthBottom:all" default="off">
  35 Common switch for the group of <ei>b'</ei> production.
  36 Also includes the process <ei>f fbar' -> t' b'bar</ei> in section 3 below.
  37 </flag>
  38
  39 <flag name="FourthBottom:gg2bPrimebPrimebar" default="off">
  40 Scatterings <ei>g g -> b' b'bar</ei>.
  41 Code 801.
  42 </flag>
  43
  44 <flag name="FourthBottom:qqbar2bPrimebPrimebar" default="off">
  45 Scatterings <ei>q qbar -> b' b'bar</ei> by gluon exchange.
  46 Code 802.
  47 </flag>
  48
  49 <flag name="FourthBottom:qq2bPrimeq(t:W)" default="off">
  50 Scatterings <ei>q q' -> b' q''</ei> by <ei>t</ei>-channel exchange
  51 of a <ei>W^+-</ei> boson.
  52 Code 803.
  53 </flag>
  54
  55 <flag name="FourthBottom:ffbar2bPrimebPrimebar(s:gmZ)" default="off">
  56 Scatterings <ei>f fbar -> b' b'bar</ei> by <ei>s</ei>-channel exchange
  57 of a <ei>gamma^*/Z^0</ei> boson.
  58 Code 804.
  59 </flag>
  60
  61 <flag name="FourthBottom:ffbar2bPrimeqbar(s:W)" default="off">
  62 Scatterings <ei>f fbar' -> b' qbar''</ei> by <ei>s</ei>-channel exchange
  63 of a <ei>W^+-</ei> boson. Here <ei>q''</ei> is either <ei>u</ei> or
  64 <ei>c</ei>.
  65 Code 805.
  66 </flag>
  67
  68 <flag name="FourthBottom:ffbar2bPrimetbar(s:W)" default="off">
  69 Scatterings <ei>f fbar' -> b' tbar</ei> by <ei>s</ei>-channel exchange
  70 of a <ei>W^+-</ei> boson.
  71 Code 806.
  72 </flag>
  73
  74 <h4>2) <ei>t'</ei> processes</h4>
  75
  76 Different ways to produce <ei>t'</ei> quarks, singly or in pairs.
  77 For a <ei>b' t'</ei> pair see section 3 below.
  78
  79 <flag name="FourthTop:all" default="off">
  80 Common switch for the group of <ei>t'</ei> production.
  81 Also includes the process <ei>f fbar' -> t' b'bar</ei> in section 3 below.
  82 </flag>
  83
  84 <flag name="FourthTop:gg2tPrimetPrimebar" default="off">
  85 Scatterings <ei>g g -> t' t'bar</ei>.
  86 Code 821.
  87 </flag>
  88
  89 <flag name="FourthTop:qqbar2tPrimetPrimebar" default="off">
  90 Scatterings <ei>q qbar -> t' t'bar</ei> by gluon exchange.
  91 Code 822.
  92 </flag>
  93
  94 <flag name="FourthTop:qq2tPrimeq(t:W)" default="off">
  95 Scatterings <ei>q q' -> t' q''</ei> by <ei>t</ei>-channel exchange
  96 of a <ei>W^+-</ei> boson.
  97 Code 823.
  98 </flag>
  99
 100 <flag name="FourthTop:ffbar2tPrimetPrimebar(s:gmZ)" default="off">
 101 Scatterings <ei>f fbar -> t' t'bar</ei> by <ei>s</ei>-channel exchange
 102 of a <ei>gamma^*/Z^0</ei> boson.
 103 Code 824.
 104 </flag>
 105
 106 <flag name="FourthTop:ffbar2tPrimeqbar(s:W)" default="off">
 107 Scatterings <ei>f fbar' -> t' qbar''</ei> by <ei>s</ei>-channel exchange
 108 of a <ei>W^+-</ei> boson.
 109 Code 825.
 110 </flag>
 111
 112 <h4>3) Pair-processes with different flavours</h4>
 113
 114 Different ways to produce two different fourth-generation fermions.
 115
 116 <flag name="FourthPair:ffbar2tPrimebPrimebar(s:W)" default="off">
 117 Scatterings <ei>f fbar' -> t' b'bar</ei> by <ei>s</ei>-channel exchange
 118 of a <ei>W^+-</ei> boson.
 119 Code 841.
 120 </flag>
 121
 122 <flag name="FourthPair:ffbar2tauPrimenuPrimebar(s:W)" default="off">
 123 Scatterings <ei>f fbar' -> tau' nu'_taubar</ei> by <ei>s</ei>-channel
 124 exchange of a <ei>W^+-</ei> boson.
 125 Code 842.
 126 </flag>
 127
 128 <p/>
 129 Missing in this list is scatterings <ei>q q' -> t' b'</ei> by
 130 <ei>t</ei>-channel exchange of a <ei>W^+-</ei> boson, since currently
 131 the matrix element for such processes have not been implemented for
 132 two massive particles in the final state. Since this process would
 133 involve two CKM-suppressed vertices it ought to be small.
 134
 135 <h3>Parameters</h3>
 136
 137 The Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix is extended by seven further values.
 138 So as not to mess up the Standard Model, the normal 3 * 3 matrix is
 139 kept unitary, and so the new off-diagonal elements lead to a slight
 140 breaking of this. For exploratory studies this should be good enough;
 141 more detailed 4 * 4 tunes to data would only make sense the day there
 142 are evidence for the existence of a fourth generation.
 143
 144 <parm name="FourthGeneration:VubPrime" default="0.001" min="0.0" max="1.0">
 145 The <ei>V_ub'</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 146 </parm>
 147
 148 <parm name="FourthGeneration:VcbPrime" default="0.01" min="0.0" max="1.0">
 149 The <ei>V_cb'</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 150 </parm>
 151
 152 <parm name="FourthGeneration:VtbPrime" default="0.1" min="0.0" max="1.0">
 153 The <ei>V_tb'</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 154 </parm>
 155
 156 <parm name="FourthGeneration:VtPrimed" default="0.001" min="0.0" max="1.0">
 157 The <ei>V_t'd</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 158 </parm>
 159
 160 <parm name="FourthGeneration:VtPrimes" default="0.01" min="0.0" max="1.0">
 161 The <ei>V_t's</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 162 </parm>
 163
 164 <parm name="FourthGeneration:VtPrimeb" default="0.1" min="0.0" max="1.0">
 165 The <ei>V_t'b</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 166 </parm>
 167
 168 <parm name="FourthGeneration:VtPrimebPrime" default="0.99" min="0.0" max="1.0">
 169 The <ei>V_t'b'</ei> matrix element in the 4 * 4 CKM matrix.
 170 </parm>
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 172 </chapter>
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