[論文レビュー] Jet Charge with the ATLAS Detector using $\sqrt{s}=8$ TeV $pp$ Collision Data

Benjamin Nachman|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ATLASデータ5.8 fb⁻¹を用いて√s = 8 TeVの陽子-陽子衝突においてジェット電荷を測定し、ジェット内の運動量加重トラック電荷が、ハドロン的に崩壊するWボソンおよびクォークの電荷をタグする強固な手法であることを示した。ジェット電荷はモンテカルロシミュレーションによりよくモデル化されており、50%の効率でWボソンの負の電荷を約5倍の効率で排除できる。これはトップクォークおよび新しい物理の探索における応用を検証するものである。

ABSTRACT

The momentum-weighted sum of the charges of tracks associated to a jet provides an experimental handle on the electric charge of fundamental strongly-interacting particles. An overview of a study of this jet charge observable for jets produced in dijet and semileptonic $t\bar{t}$ events using $5.8$ $\mathrm{fb}^{-1}$ of data with the ATLAS detector at $\sqrt{s}=8$ TeV is described here. In addition to providing a constraint on hadronization models, jet charge has many possible applications in measurements and searches. The modelling of jet charge and its performance as a charge-tagger are studied in order to establish this observable as a tool for future physics analyses.

研究の動機と目的

• トップクォークおよびQCD二ジェット事象におけるハドロン最終状態の電荷タガーとしてジェット電荷の性能を評価すること。
• ジェット電荷が部分子レベルの電荷を再構築する際に、性能とモデル化の正確さを評価すること。
• 高エネルギー物理学におけるフレーバータグの補完的ツールとしてジェット電荷を確立すること。
• ジェット電荷がQCDのダイナミクスおよび新しい物理（例：W′/Z′ボソン）の探査にどのように有用であるかを検討すること。

提案手法

• ジェット電荷Qは、ジェット内トラック電荷の運動量加重和を(pT,j)^κで正規化したものであり、κは性能最適化のために調整された。
• トラックはpT > 500 MeVで選別され、プーリングおよび宇宙線汚染の低減のため、ゴースト連携を用いてジェットに割り当てられた。
• ジェットは反-kTアルゴリズム（R = 0.4）で再構築され、高pTのWボソンに対しては、融合した崩壊生成物を捉えるためにR = 1.0のジェットが用いられた。
• ジェット電荷の性能は、1つのレプトンを伴うt¯t事象において評価され、レプトン電荷からWボソンの電荷が既知であるため、データ駆動型のキャリブレーションが可能となった。
• QCD二ジェット事象は、ジェット電荷分布の包括的性質とその二ジェットインvariant質量依存性を研究するためのものであり、√ŝの代理として用いられた。
• ジェット電荷のモデル化には、t¯t事象にはMC@NLO + HERWIG + JIMMY、二ジェット事象にはPYTHIA 8を用い、データと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 t¯t事象におけるハドロン的に崩壊するWボソンの電荷を、ジェット電荷が正確にタグできるか？
• RQ2 ジェット電荷分布は、さまざまな運動量領域においてモンテカルロシミュレーションでどの程度よくモデル化されているか？
• RQ3 ジェット横断的運動量全域で電荷タグ性能を最大化するためのκパラメータの最適値は何か？
• RQ4 二ジェット事象における平均ジェット電荷は、衝突エネルギーのスケール（√ŝの代理）が上昇するにつれてどのように変化するか？
• RQ5 ジェット電荷は、クォークジェットとグルーオンジェットをどの程度区別できるか？

主な発見

• t¯t事象におけるジェット電荷分布は、ジェットエネルギースケール、エネルギー分解能、トラッキング効率の不確実性を含めて、モンテカルロシミュレーションと良好に一致している。
• 正のWボソン効率50%で、負のWボソンの排除率が約5に達しており、ジェット電荷が実用的な電荷タガーとして有効であることが確認された。
• 高pTのWボソンでは、大径（R=1.0）ジェットがサブジェット電荷和よりも電荷分離をより良く保っているため、融合したトポロジーにおいて優れた性能を示した。
• 二ジェット事象におけるジェット電荷分布は、二ジェットインvariant質量の増加に伴い平均電荷が明確に増加しており、バリエンスクォーク支配と一致しており、データとMCの両者で一貫性を示した。
• 最適なκ値は0.4であり、pT依存性が最小限に抑えられており、運動量領域全体にわたり安定した性能を示した。
• ジェット電荷は、逆符号クォークのフレーバー間である程度の区別が可能であるが、同一符号クォーク同士、およびクォークとグルーオンの間の分離は限定的であり、クォーク/グルーオンタグには中程度の有用性があると示唆された。