[論文レビュー] Experimental Studies of Top Quark Production

J. Wagner-Kuhr|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 187被引用数 3

ひとこと要約

このレビューでは、LHCおよびテバトロンにおけるトップクォーク生成の実験的研究を統合し、t\bar{t}生成における電荷非対称性、共鳴的t\bar{t}探索、およびtチャネル単一トップクォーク生成に焦点を当てる。全NNLO QCDおよび電弱NLO補正がテバトロンにおける電荷非対称性のパズルを解消することを示し、7および8 TeVにおけるtチャネル単一トップクォーク断面積は9.5％未満の不確かさで標準模型予測と一致しており、電弱生成の高精度な確認がなされた。

ABSTRACT

In this review article three promising aspects of top quark production are discussed: the charge asymmetry in top quark pair production, the search for resonant top quark pair production, and electroweak single top quark production. First, an overview of the theoretical predictions of top quark pair and single top quark production is given. Then, for each topic the general analysis strategy and improvements are exemplarily explained using selected analyses and are put into the context of the global status at the beginning of LHC Run II and progress in this field. The example analyses discussed in more detail in this article use data from the LHC experiment CMS and for the charge asymmetry studies also data from the Tevatron experiment CDF have been used.

研究の動機と目的

• LHCランII時点で得られたLHCおよびテバトロンにおけるトップクォーク生成研究の実験的進展をレビューおよび統合すること。
• トップクォーク対生成における電荷非対称性の重要性を評価し、テバトロンの測定値と標準模型予測との乖離を解消すること。
• ブーストされたトップのトポロジーを用いた共鳴的トップクォーク対生成探索の感度と結果を評価すること。
• tチャネル単一トップクォーク断面積測定の精度と電弱カップリングの検証における役割を確立すること。
• LHCランIIがトップクォーク性質の測定および新しい物理探索の精度をどのように向上させるかを評価すること。

提案手法

• それぞれのLHCおよびテバトロンにおけるCMSおよびCDF実験のデータを用い、比較的分析を行う。
• tチャネルおよびWt単一トップ生成における信号とバックグラウンドの分離を向上させるために、多次元解析手法（例：BDT）を適用する。
• レプトン＋ジェットおよび二レプトン最終状態におけるトップクォーク崩壊の同定に、イベント再構築および運動量フィッティングを用いる。
• 8 TeVで最大12.2 fb⁻¹の統合したレイトレートを用いて断面積測定を実施する。
• 実験結果と比較するため、NNLO QCDおよびNLO電弱理論予測を用いる。
• 厳密な統計基準を用いて、単一トップクォーク生成における異常カップリング（例：FCNC）の上限を設定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 全NNLO QCDおよび電弱NLO補正を含めることで、テバトロンで観測された大きな電荷非対称性はどの程度解消されるか？
• RQ2 LHCランIデータにおける共鳴的トップクォーク対生成探索の感度は何か？ランIIではどのように向上するか？
• RQ3 7および8 TeVにおけるtチャネル単一トップクォーク生成断面積はどの程度の精度で測定可能か？標準模型予測と比較するとどうなるか？
• RQ4 単一トップクォーク生成から、異常なWtbカップリングおよびFCNC過程にどのような制限が得られるか？
• RQ5 LHCランIIにおけるより高い中心系エネルギーは、トップクォーク性質の測定精度をどのように向上させるか？

主な発見

• テバトロンで観測された大きな電荷非対称性は、全NNLO QCDおよび電弱NLO補正を含めることで解消され、新しい物理の兆候は示唆されない。
• LHCランIデータでは共鳴的トップクォーク対生成の証拠は得られなかったが、ブーストされたトップトポロジーを用いた分析戦略は確立され、新しい物理に感度がある。
• √s = 7および8 TeVにおけるtチャネル単一トップクォーク生成断面積は、相対不確かさ9.5％未満で測定され、標準模型予測と良好に一致している。
• CMSコラボレーションは、√s = 8 TeVで12.2 fb⁻¹のデータを用い、6.1σの有意度でWt生成を観測し、測定断面積は12.3 ± 5.4 pbであった。
• ATLASコラボレーションは、8 TeVで20.3 fb⁻¹のデータを用いて、sチャネル単一トップクォーク生成に対して95％信頼水準の上限14.6 pbを設定し、標準模型の予測と整合的であった。
• LHCランIIでは、より高い中心系エネルギーと向上した統計的精度のおかげで、トップクォーク性質の測定、特にWボソンのスピン状態、トップクォークの偏極、異常カップリングに対する感度が顕著に向上すると予想される。