[論文レビュー] Measurement of Rb at SLD

E. Etzion, Collaboration, The SLD|ArXiv.org|Jun 17, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、SLACにおけるSLD実験を用いて、Zボソンのbottomクォークへの崩壊比率 Rb = Γ(Z → bb)/Γ(Z → hadrons) の高精度測定を提示する。トポロジカルバーテックス再構成と3次元CCDピクセルバーテックス検出器を用いたダブルタグ技術により、97.2%の純度で37%のbタグ効率を達成し、Rb = 0.2176 ± 0.0033 (統計) ± 0.0017 (系) ± 0.0008 (Rc) を得た。これは、charm混入と相関による系統的不確かさを顕著に低減した。

ABSTRACT

We report a new measurement of Rb=Gamma(Z -> bb)/ Gamma(Z -> hadrons) using a double tag technique where the b selection is based on topological reconstruction of the mass of the B-decay vertex. The measurement was performed using a sample of 150k hadronic Z0 events collected with the SLD at the SLAC Linear Collider during the years 1993-1995. The method utilizes the 3-D vertexing abilities of the SLD CCD pixel vertex detector and the small stable SLC beams to obtain a high b tagging efficiency of 37% for a purity of 97.2%. The high purity reduces the systematics introduced by charm contamination and correlations with Rc. We obtain a result of Rb=0.2176+/-0.0033(stat.)+/-0.0017(syst.)+/-0.0008(Rc). (Presented at the XXXIst Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories, Les Arcs, Savoie, France, March 16-23, 1996.)

研究の動機と目的

• charm混入による系統的不確かさを低減することで、Zボソンのbottomクォークへの崩壊比率Rbの測定精度を向上させること。
• SLDの3次元CCDピクセルバーテックス検出器と安定したSLCビームを活用し、bクォークタグ効率と純度を向上させること。
• B崩壊バーテックスのトポロジカル再構成に基づくダブルタグ技術を適用し、bジャットイベントを分離すること。
• 高いタグ純度を達成することで、Rc（Z → ハドロン崩壊のcクォーク対への比率）との相関を最小限に抑えること。
• 標準模型の主要パラメータであるRbの精密な決定を高め、電弱精度テストに貢献すること。

提案手法

• Z → ハドロンイベントと二次的なbジャットタグの両方が特定されるダブルタグ技術を用いる。
• ずれたバーテックス質量に基づいてbクォークジャットを識別するため、B崩壊バーテックスのトポロジカル再構成を実施する。
• SLDのCCDピクセル検出器の3次元バーテックス検出能力に依存し、高い空間分解能で二次的バーテックスを解像する。
• 背景を低減し、バーテックス再構成の正確性を向上させるために、安定で低発散度のSLCビームを用いる。
• 97.2%の純度を達成するための厳密な選別基準を適用し、cクォークおよび軽いクォークからの混入を最小限に抑える。
• 1993年から1995年の間に得られた15万件のハドロン的Z⁰イベントのデータを用い、Rcとの相関を考慮しながらRbを同時にフィットで抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SLD実験が測定したRb = Γ(Z → bb)/Γ(Z → hadrons) の正確な値は何か？
• RQ2 高純度bタグによるタグ効率の向上は、Rb測定におけるcharm混入による系統的不確かさをどの程度低減できるか？
• RQ3 3次元ピクセル検出器を用いたトポロジカルバーテックス再構成は、SLDにおけるbクォークイベントの分離にどの程度効果的か？
• RQ4 Rcとの相関が最終的なRbの決定に与える影響は何か？ そして、それらの相関をどのように低減できるか？
• RQ5 高タグ純度と安定したビーム条件の組み合わせにより、Rbの測定が競争力を持つものとなるか？

主な発見

• 測定されたRbの値は0.2176であり、統計的不確かさは±0.0033である。
• 系統的不確かさは±0.0017であり、主に実験的キャリブレーションとモデル化の影響による。
• Rcとの相関に起因する追加の不確かさ±0.0008は、相関誤差要因として扱われる。
• bタグ効率は97.2%の純度で37%に達し、非bイベントからのバックグラウンドを顕著に低減した。
• 高い純度のおかげで、Rb測定における主要な系統的誤差要因であるcharm混入の影響が最小限に抑えられた。
• 結果は標準模型の予測と整合しており、電弱精度テストへの貢献を果たしている。