[論文レビュー] Combination of CDF and D0 results on the mass of the top quark using up $9.7\:{ m fb}^{-1}$ at the Tevatron

Tevatron Group Tevatron Electroweak Working Group|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2016

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、フェルミラブのテバトロン衝突機で実施されたCDFおよびD0実験からのトップクォーク質量測定値を、最大9.7 fb⁻¹の陽子-反陽子衝突データを用いて高精度に組み合わせたものである。統計的および系 spectrum 的相関を丁寧に取り扱い、Run IおよびRun IIの結果を統合することで、著者らは一時的な平均トップクォーク質量として174.30 ± 0.65 GeV/c²を報告し、相対精度0.37%を達成した。

ABSTRACT

We summarize the current top quark mass ($m_t$) measurements from the CDF and D0 experiments at Fermilab. We combine published results from Run I (1992--1996) with the most precise published and preliminary Run II (2001--2011) measurements based on $p\bar{p}$ data corresponding to up to $9.7\:{ m fb}^{-1}$ of $p\bar{p}$ collisions. Taking correlations of uncertainties into account, and combining the statistical and systematic contributions in quadrature, the preliminary Tevatron average mass value for the top quark is $m_t = 174.30 \ \pm 0.65\:\mathrm{GeV}/c^{2}$, corresponding to a relative precision of $0.37\%$

研究の動機と目的

• テバトロンにおけるCDFおよびD0実験の最新結果を統合することで、トップクォーク質量測定の精度を向上させること。
• 完全なRun IIデータセットと、新たに発表または更新された測定値を組み込むことで、以前のテバトロン平均を更新すること。
• 測定値間、実験間、チャンネル間、データ走行間の統計的および系 spectrum 的不確実性の相関を考慮し、信頼性の高い組み合わせを実現すること。
• 大型ハドロン衝突型加速器時代に備えたトップクォーク質量の基準値を提供し、LHC測定値と整合性を高めること。
• 主な系 spectrum 的不確実性要因、特にジェットエネルギースケール補正と信号モデル化を特定すること。

提案手法

• 組み合わせには12個の入力測定値を用いた（Run Iから5つ、Run IIから7つ：6つは発表済、1つは一時的D0二重レプトン組み合わせ）。
• 統計的および系 spectrum 的不確実性は、実験およびチャンネル間の共有不確実性を反映するために、完全な相関行列を適用して二乗和で組み合わせた。
• Run II解析では、特にレプトン+ジェットおよびすべてのジェットチャンネルで、ジェットエネルギースケール不確実性を低減するため、イン・サイト・ジェットエネルギースケール補正技術が用いられた。
• D0の二重レプトンチャンネルでは、マトリックス要素法およびニュートリノウェイト法が用いられ、質量分解能の向上と系 spectrum 的バイアスの低減が達成された。
• モンテカルロシミュレーションを用いて測定値をキャリブレーションし、理論的バイアスを最小限に抑えるために、入力としてMCフレームワーク内でのトップクォーク質量を定義した。
• 最終的な平均値は、測定値間の相関を考慮したχ²ベースの組み合わせにより計算され、崩壊チャンネルおよび実験間の整合性が保証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 完全なRun IIデータセットを用いて、テバトロン実験のCDFおよびD0が得たトップクォーク質量の最も高精度な組み合わせ値は何か？
• RQ2 ジェットエネルギースケールおよび信号モデル化の不確実性が、トップクォーク質量測定の全体的な精度に与える影響はどの程度か？
• RQ3 相関を考慮した後、異なる崩壊チャンネル（レプトン+ジェット、すべてのジェット、二重レプトン、MET）の測定値はどの程度互いに整合的か？
• RQ4 更新されたテバトロン平均は、以前の組み合わせおよび世界平均と比較して、中央値および不確実性の点でどのように異なるか？
• RQ5 新たに発表されたRun II結果を組み込むことで、最終的な組み合わせトップクォーク質量値およびその精度にどのような影響があるか？

主な発見

• 組み合わせたトップクォーク質量は174.30 ± 0.65 GeV/c²であり、相対精度は0.37%に相当する。
• 総不確実性の大部分は系 spectrum 的要因に起因し、特にイン・サイト・ジェットエネルギースケール補正と信号モデル化の不確実性が主因である。
• 中央値は以前のテバトロン2014年夏の平均から40 MeV/c²低く、不確実性は0.65 GeV/c²でほぼ同一である。
• CDFおよびD0の測定値の組み合わせはχ² = 3.4/1を示し、6.5%の確率を示しており、両実験間の整合性が確認された。
• すべての崩壊チャンネル（レプトン+ジェット、すべてのジェット、二重レプトン、MET）の測定値は、互いに整合的であり、χ²確率は15%から99.8%の範囲にあった。
• この結果は世界平均より1.00 GeV/c²高く、16%の高い精度を示しており、トップクォーク質量の主要な基準点としての役割を果たしている。