[論文レビュー] A Search for ttbar Resonances in the Dilepton Channel in 1.04 fb^-1 of pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV with the ATLAS experiment

M. Petteni|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、ATLAS検出器を用いて、$√{s} = 7$ TeVの$pp$衝突データ1.04 fb$^{-1}$を用い、双レプトン最終状態における高質量$ t\bar{t} $共鳴状態を探索した。$H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$分布の解析とテンプレートフィッティング手法の適用により、顕著な過剰は観測されず、ランダール＝サンズラムモデルにおけるカーラーツ＝シュンズラムグルーオン質量の95%信頼水準下限として0.84 TeVの下限が得られた。

ABSTRACT

A search for a high mass ttbar resonance in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV at the LHC is presented. We search for such a resonance using the final state where the $W$ bosons from the top quark decay into either an electron or a muon (dilepton final state). The data were recorded by the ATLAS experiment during 2011 and correspond to a total integrated luminosity of L = 1.04 fb^-1. No statistically significant excess above the Standard Model expectation is observed. Upper limits at the 95% Confidence Level (C.L.) are set on the cross section times branching ratio of the resonance decaying to ttbar pairs as a function of the resonance mass. A lower mass limit of 0.84 TeV is set for the case of a Kaluza-Klein gluon resonance in the Randall-Sundrum Model.

研究の動機と目的

• 7 TeVの$pp$衝突におけるトップクォーク対に崩壊する新しい高質量共鳴状態を探索すること。
• 特にカーラーツ＝シュンズラムグルーオンを予言するような、標準模型を越えた理論モデルを探査すること。
• 95%信頼水準における$t\bar{t}$共鳴状態生成断面積×分岐比の上限を設定すること。
• 観測データとシミュレートされたバックグラウンドを用いて、ランダール＝サンズラムモデルのカーラーツ＝シュンズラムグルーオンの質量下限を導出すること。

提案手法

• 識別的観測量として$H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$を用い、$H_{\mathrm{T}}$は25 GeV以上のレプトンおよびジェットの横運動量のスカラー和である。
• イベント選別には、異符号のレプトン（eまたはμ）が2個、少なくとも2つのジェット、および最終状態（ee、μμ、またはeμ）に応じた$E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$および$H_{\mathrm{T}}$のしきい値が必要である。
• バックグラウンドは、$t\bar{t}$、$Z$+ジェット、二ボソン、シングルトップのモンテカルロシミュレーションでモデル化され、偽レプトン寄与は、誤識別率を用いてデータから推定された。
• 系統的不確実性は、レプトンおよびジェットエネルギースケール、再構成効率、パートン分布関数、ジェネレータ／モデル依存性について評価され、尤度フィットにノイズパラメータとして組み込まれた。
• ビン化されたポisson尤度関数を構築し、標準模型予測と信号仮説を比較した。プロファイル尤度比検定を用いて、p値を計算し、$\sigma \times \text{BR}$の上限を設定した。
• 生成断面積×分岐比の上限は、$g_{qqg_{KK}}/g_s$を0.2から0.35の範囲で変化させることで、ランダール＝サンズラムモデルにおけるカーラーツ＝シュンズラムグルーオンの質量下限に変換された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS実験は、7 TeVにおける双レプトン最終状態の新しい$t\bar{t}$共鳴状態に対して、どの程度の感度を持つのか？
• RQ2 直接トップクォーク質量再構成が行われない状況において、$H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$分布は、信号とバックグラウンドをどのように区別できるのか？
• RQ3 95%信頼水準における$t\bar{t}$共鳴状態の生成断面積×分岐比の上限は何か？
• RQ4 このデータセットに基づき、ランダール＝サンズラムモデルにおけるカーラーツ＝シュンズラムグルーオンの質量下限は何か？

主な発見

• 標準模型バックグラウンドを超える統計的に顕著な過剰は、$H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$分布で観測されなかった。
• 信号仮説（KKグルーオン）のp値は0.4であり、標準模型のみの期待値と整合的であった。
• 95%信頼水準における$t\bar{t}$共鳴状態生成断面積×分岐比の上限が、共鳴質量の関数として設定された。
• ランダール＝サンズラムモデルにおいて、観測データに基づきカーラーツ＝シュンズラムグルーオンの質量下限が0.84 TeVに設定された。
• 予想される下限は、$g_{qqg_{KK}}/g_s = 0.20$のとき0.80 TeVから、$g_{qqg_{KK}}/g_s = 0.35$のとき1.02 TeVの範囲にあり、観測された下限は予想値をわずかに下回った。
• 主な系統的不確実性は、ジェットエネルギースケール（7%）、レプトン識別およびトリガー効率（4%）、$t\bar{t}$ジェネレータモデル（4%）から生じ、ランプノメータの不確実性は3.7%であった。