[論文レビュー] Inclusive and differential cross-sections for dilepton $ t\overline{t} $ production measured in $ \sqrt{s} $ = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

Georges Aad, Abbott, Braden Keim+2971 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、LHC Run 2の13 TeV陽子-陽子衝突から得られた140 fb⁻¹のATLASデータを用いて、二レプトンのトップクォーク対生成の包含的および微分的断面積測定を提示する。理論と非常に良好に一致する、829 ± 1 (統計) ± 13 (系誤差) ± 8 (ランプ) ± 2 (ビーム) pbの全包含的断面積が報告され、トップクォークの横運動量に対するNNLO予測に一致させるためにモンテカルロサンプルを再重み付けした際、データとの一致が向上したことがわかった。

ABSTRACT

Differential and double-differential distributions of kinematic variables of leptons from decays of top-quark pairs ($t\bar{t}$) are measured using the full LHC Run 2 data sample collected with the ATLAS detector. The data were collected at a $pp$ collision energy of $\sqrt{s}=13$ TeV and correspond to an integrated luminosity of 140 fb$^{-1}$. The measurements use events containing an oppositely charged $eμ$ pair and $b$-tagged jets. The results are compared with predictions from several Monte Carlo generators. While no prediction is found to be consistent with all distributions, a better agreement with measurements of the lepton $p_{ ext{T}}$ distributions is obtained by reweighting the $t\bar{t}$ sample so as to reproduce the top-quark $p_{ ext{T}}$ distribution from an NNLO calculation. The inclusive top-quark pair production cross-section is measured as well, both in a fiducial region and in the full phase-space. The total inclusive cross-section is found to be \[ σ_{t\bar{t}} = 829 \pm 1\;( extrm{stat}) \pm 13\;( extrm{syst}) \pm 8\;( extrm{lumi}) \pm 2\; ( extrm{beam})\ extrm{pb}, \] where the uncertainties are due to statistics, systematic effects, the integrated luminosity and the beam energy. This is in excellent agreement with the theoretical expectation.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVにおける二レプトン最終状態のトップクォーク対生成の包含的および微分的断面積を測定すること。
• LHC Run 2の高精度なデータとモンテカルロイベントジェネレータの整合性を検証すること。
• t¯t崩壊からのレプトンの運動量分布を比較することにより、トップクォーク生成ダイナミクスを制約すること。
• トップクォークpTのNNLO予測に一致させるためにt¯tサンプルを再重み付けし、シミュレーションとデータの一致を改善すること。
• 高統計の二レプトンデータを用いて、将来のαs、mt、PDFを含むグローバルフィットのベンチマークを提供すること。

提案手法

• 本分析は、ATLAS検出器が収集した√s = 13 TeVのpp衝突データ140 fb⁻¹を用いる。
• 反対電荷のeμペアと少なくとも2つのb-taggedジェットを有するイベントを選別し、レプトンpT > 25–27 GeVおよび|η| < 2.5のフィデューシャルカットを適用する。
• 8つの運動量変数の微分的および二重微分的分布を測定する：pT、η、meμ、peμT、|yeμ|、Ee + Eμ、peT + pμT、および|Δϕeμ|。
• Powheg+Pythia8、MG5_aMC@NLO+Herwig7、その他の複数のモンテカルロジェネレータの予測とデータを比較する。
• データ駆動型技術およびシミュレーション補正を用いて系統的誤差を評価し、ランプおよびビームエネルギーの誤差を含む。
• トップクォークpTのNNLO予測に一致させるためにt¯tサンプルに再重みジング手順を適用し、レプトンpTスペクトルにおけるデータとの一致を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のモンテカルロジェネレータは、13 TeV pp衝突におけるt¯t崩壊からのレプトンの微分的分布をどの程度正確に記述できるか？
• RQ2 トップクォークpTのNNLO予測に一致させるためにt¯tサンプルを再重みズングすることで、レプトン運動量分布とのデータ一致が向上するか？
• RQ3 √s = 13 TeVにおけるフィデューシャル領域および全位相空間での包含的t¯t断面積は何か？
• RQ4 meμ、peμT、およびEe + Eμにおける二重微分的分布は理論予測とどの程度一致するか？
• RQ5 ランプおよびビームエネルギーの誤差は、最終的な断面積測定にどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• 全包含的t¯t断面積は829 ± 1 (統計) ± 13 (系誤差) ± 8 (ランプ) ± 2 (ビーム) pbと測定され、理論的期待値と非常に良好に一致している。
• どの1つのモンテカルロジェネレータでも、測定されたすべての微分的分布を完全に記述できず、現在のモデル化における限界が示された。
• トップクォークpTのNNLO予測に一致させるためにt¯tサンプルを再重みズングすることで、レプトンpT分布におけるデータとの一致が顕著に向上した。
• フィデューシャル断面積は高い精度で測定され、将来のαs、mt、PDFを含むグローバルフィットのための基盤が提供された。
• |yeμ|、|Δϕeμ|、peμT、およびEe + Eμにおける二重微分的分布は、物理学的詳細に敏感であり、ほとんどのビンで3%未満の誤差を示した。
• より良いキャリブレーションのおかげで、ランプ誤差は0.8%にまで低減され、測定全体の精度に寄与した。