[論文レビュー] b-Tagging Algorithms and their Performance at ATLAS

M. Lehmacher|ArXiv.org|Sep 29, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、寿命およびレプトン崩壊の特徴を用いてBハドロンから生成されたジェットを特定するbタギングアルゴリズムの包括的な評価を、ATLAS実験において提示している。100 pb⁻¹程度のデータを用いることで、二ジェットおよびt\bar{t}イベントを用いたデータ駆動型補正法により、bタギング効率とライトジェットの拒否率を約6%の精度で補正可能であることが示され、ヒッグス粒子探索やトップクォーク質量測定といった重要な物理学的解析が可能になる。

ABSTRACT

The ability to identify jets containing B hadrons is important for the high-pT physics program of a general-purpose experiment such as ATLAS. b-tagging is in particular useful for selecting very pure top quark samples, for studying standard model or supersymmetric Higgs bosons which couple preferably to heavy objects, for vetoing backgrounds for several physics channels and finally for searching for new physics beyond the standard model like supersymmetric particles or heavy gauge bosons. After a review of the algorithms used to identify b-jets, their anticipated performance is discussed as well as the impact of selected critical ingredients such as residual misalignments in the tracker. The prospects to measure the b-tagging performance in the first few hundreds pb-1 of data with di-jet events as well as ttbar events are presented. Finally three different physics use cases of b-tagging are summarised.

研究の動機と目的

• Bハドロンから生成されたジェットを、寿命およびレプトン崩壊の情報に基づいて識別するための、ATLASにおける複数のbタギングアルゴリズムの評価と比較を行う。
• 初期LHCデータ（100 pb⁻¹）を用いて、データ駆動型補正手法を考案・検証し、bタギング性能を補正する。
• 二ジェットおよびt\bar{t}イベントを用いて、bタギング効率とライトジェット拒否率を高い精度で測定可能であることを実証する。
• ヒッグス粒子探索やトップクォーク質量測定といった重要な物理学的解析において、bタギングが果たす重要な役割を確立する。

提案手法

• インパクトパラメータの有意性、二次仮想頂点の再構築、およびレプトン運動量を組み合わせた尤度比ベースのタギング手法を用い、識別的なジェット重みを形成する。
• 空間的タッカー（例：IP3D、SV1）およびソフトレプトンタッカー（例：JetProb、JetFitter）を用い、Bハドロン崩壊の特性（ずれた頂点や半レプトン的崩壊）を活用する。
• 二ジェットイベントおよびt\bar{t}崩壊を用いたデータ駆動型補正技術を適用し、pTおよびηのビンごとのbタギング効率とライトジェット拒否率を測定する。
• System 8およびイベントカウント法を用い、相関のないタギング手法からの連立方程式を解くことで、bタギング効率を約6%の相対精度で抽出する。
• 運動量フィット、尤度選択、トポロジー基準を用いて、t\bar{t}イベントにおけるbジェットを同定し、pTおよびηのビンごとの効率を測定する。
• モンテカルロシミュレーションを用いて性能を検証し、異なるジェット仮説に対する基準ヒストグラムを用いて、タギングアルゴリズムのトレーニングおよび補正を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さまざまなbタギングアルゴリズムは、pTおよびηの異なる領域において、bジェットとライトジェットをどれだけ効果的に分離できるか？
• RQ2 二ジェットおよびt\bar{t}イベントからの約100 pb⁻¹のデータのみを用いて、bタギング効率とライトジェット拒否率を高い精度で補正できるか？
• RQ3 System 8やイベントカウント法などの異なる補正手法は、精度および系統的不確実性の観点でどのように比較できるか？
• RQ4 bタギングは、t\bar{t}Hおよびトップクォーク質量測定のような重要な物理学チャンネルにおけるバックグラウンドをどれほど低減できるか？
• RQ5 トラッカーのずれや検出器の影響がbタギング性能に与える影響は何か？また、初期データにおいてそれらを軽減できるか？

主な発見

• 約50 pb⁻¹のデータを用いた場合、System 8法は、系統的誤差の制限により、絶対的bタギング効率の相対精度が約6%に達する。
• レプトン＋ジェットt\bar{t}チャンネルにおけるイベントカウント法は、約100 pb⁻¹のデータを用いて、相対精度が(2.2%統計的 ± 3.5%系統的)に達する。
• トポロジー選択法は、約200 pb⁻¹のデータを用いて、pTおよびηのビンにおける効率測定で、相対精度が(7.7%統計的 ± 3.2%系統的)に達する。
• bタギングにより、t\bar{t}H(H→bb)チャンネルにおけるt\bar{t}jjバックグラウンドが2桁低減され、30 fb⁻¹の時点でS/√B ~ 2.2の信号の有意性が達成可能になる。
• t\bar{t}レプトン＋ジェットチャンネルにおいてbタグドジェットを質量推定器として用いることで、1 fb⁻¹のデータでトップクォーク質量の精度が1 GeVに達するが、系統的不確実性が制限要因となる。
• Bハドロン崩壊チェーンを完全に再構築するJetFitterアルゴリズムは、複雑な崩壊トポロジーを組み込むため、検討されたタッカーの中で最も優れた性能を示す。