[論文レビュー] Improved D0 W Boson Mass Determination

The D Collaboration, V. M. Abazov|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、電磁 calorimeter応答とエネルギー分解能が中央領域とは異なるDØ中央カルオリメータモジュールの縁付近の電子イベントを用いて、Wボソン質量の改良された測定を提示している。Z→eeイベントを用いてこれらの縁領域応答をキャリブレーションし、既存のデータと組み合わせることで、系統的不確実性を低減し、最終的な結果として $ m_W = 80.483 \pm 0.084 $ GeVが得られた。これは以前のDØ結果に比べて7 MeVの精度向上である。

ABSTRACT

We present a measurement of the W boson mass in proton-antiproton collisions at \sqrt{s} = 1.8 TeV based on a data sample of 82 pb^-1 integrated luminosity collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron. We utilize e νevents in which the electron shower is close to the phi edge of one of the 32 modules in the D0 central calorimeter. The electromagnetic calorimenter response and resolution in this region differs from that in the rest of the module and electrons in this region were not previously utilized. We determine the calorimeter response and resolution in this region using Z -> ee events. We extract the W boson mass by fitting to the transverse mass and to the electron and neutrino transverse momentum distributions. The result is combined with previous D0 results to obtain an improved measurement of the W boson mass: m_W = 80.483 +- 0.084 GeV.

研究の動機と目的

• 中央カルオリメータモジュールの縁付近の電子イベントを用いて、かつて非均一な応答のため除外されていた領域におけるDØのWボソン質量測定の系統的不確実性を低減すること。
• Z→eeイベントを用いて縁領域における電磁カルオリメータ応答とエネルギー分解能をキャリブレーションし、正確なWボソン質量抽出を可能にすること。
• 縁領域データをRun 1aおよびRun 1bの既存測定と組み合わせることで、共通の系統的不確実性の制約を活用し、Wボソン質量の全体的な不確実性を改善すること。
• 縁領域およびエンドキャップ領域のイベントを用いて中央カルオリメータのエネルギースケールおよび分解能を制約し、外部キャリブレーションへの依存を低減すること。

提案手法

• DØ検出器が √s = 1.8 TeV での陽子-反陽子衝突から得た82 pb⁻¹のデータを用いた。
• 縁領域における電子およびニュートリノの横方向質量（m_T）および横方向運動量（p_T）分布をフィットして、Wボソン質量を抽出した。
• Z→eeイベントを用いて縁領域カルオリメータ応答をキャリブレーションし、エネルギースケール（α_edge）および分解能（c_edge）を決定した。
• 縁領域でのW質量測定結果を、以前のRun 1aおよびRun 1bの結果と組み合わせ、系統的不確実性の相関を考慮した。
• 中央およびエンドキャップカルオリメータにおけるZ→eeイベントを用いて、中央カルオリメータのエネルギースケール（α_CC）および分解能（c_CC）を制約し、全体のキャリブレーションを改善した。
• 複数のデータサブセットにわたるm_T、p_T^e、およびp_T^ν分布を統合してフィットし、不確実性を最小限に抑えた最終的なW質量を抽出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DØの中央カルオリメータモジュールの縁付近の電子イベントは、非均一な応答があるにもかかわらず、信頼性を持ってWボソン質量測定を改善するために使用可能か？
• RQ2 Z→eeイベントを用いて、縁領域における電磁カルオリメータのエネルギースケールおよび分解能を正確に決定する方法は何か？
• RQ3 縁領域データを含めることで、DØのWボソン質量測定における全体的な不確実性はどの程度低減されるか？
• RQ4 異なるデータサブセットからの系統的不確実性の相関は、最終的な統合W質量結果にどのように影響するか？

主な発見

• 最終的な統合Wボソン質量測定結果は $ m_W = 80.483 \pm 0.084 $ GeVであり、以前のDØ結果に比べて7 MeVの精度向上を示している。
• 縁領域電子キャリブレーションにより、電磁エネルギースケール（α_edge）の不確実性が268 MeV低減され、全体の改善の主要因となった。
• C-C Z→eeイベントを用いて中央カルオリメータエネルギースケールは $ \alpha_{CC} = 0.9552 \pm 0.0023 $ に制約され、非縁領域の電子のキャリブレーションが向上した。
• 縁領域データの使用により、反動応答および分解能の不確実性が低減され、全体の誤差低減に20–46 MeVの寄与が見られた。
• 最終的な不確実性は、縁領域エネルギースケール（268 MeV）、分解能（268 MeV）、および電子角度キャリブレーション（38–52 MeV）によって支配されている。
• 統合結果は、Run 1aおよびRun 1bにおける12個の独立測定を含み、系統的不確実性は完全に相関させ、伝搬された。