[論文レビュー] Measurement of the differential cross section for top-quark pair production in the dilepton channel at $\sqrt{s}$ = 13 TeV with the CMS detector

M. Savitskyi|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、2015年におけるCMS検出器からの2.2 fb⁻¹のデータを用いて、13 TeVの陽子-陽子衝突における二レプトン最終状態における正規化された微分的トップクォーク対生成断面積の測定を報告する。運動量再構築とアンフォールド技術を用いて、標準模型のQCD予測と一般的に一致することが判明したが、特に高pT領域において、データは一次および次次精度のモンテカルロシミュレーションによる予測よりも、トップクォークの横運動量スペクトルがやや弱い傾向にあることが示された。一方、NLOを超える高精度のQCD計算では、より良好な一致が得られた。

ABSTRACT

In this poster we present measurements of normalized differential top quark pair $(t\bar{t})$ production cross sections using final states with two leptons $(ee, \mu\mu$, and $e\mu)$ in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV at the CERN LHC. The data were recorded in 2015 with the CMS detector and correspond to an integrated luminosity of 2.2 fb$^{−1}$. The ttbar production cross section is measured as a function of kinematic properties of the top quarks and the ttbar system in the full phase space, as well as of the jet multiplicity in the event in the fiducial phase space. Several perturbative QCD calculations are confronted with the data and are found to be broadly in agreement with the measured results.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVにおける二レプトンチャンネルでのトップクォーク対生成の正規化された微分断面積の精密測定を行う。
• 最新のモンテカルロシミュレーションと高次QCD計算を用いて、摂動的QCD予測をデータと比較することで検証する。
• トップクォーク対生成の文脈におけるイベント再構築および検出器応答の性能を評価する。
• ジェット多重度およびトップクォークpT分布において、データとシミュレーションの乖離を特定し、将来のパートオンシャワーおよび行列要素モデルのチューニングに役立てる。

提案手法

• 背景を抑制するために、正確に2つの電荷が反対の孤立レプトンと少なくとも2つのジェットを有するイベントを選別し、二レプトンインvariant質量、bジェット識別、および欠落横運動量に追加の制約を課す。
• ニュートリノ運動量のための連立式を解くことで、測定された横運動量および欠落エネルギーを用いてトップクォークおよびtt系の運動量再構築を実行し、Wボソンおよびトップクォーク質量に制約を課す。
• 検出器効果、効率、およびバインの間の移行を補正するために、正則化された特異値分解（SVD）アンフォールド法を用いて真の粒子レベル分布を回復する。
• 測定は、トップクォークpT、ラピディティ、tt系pT、質量、ラピディティの全位相空間およびジェット多重度Njetsのフィducial位相空間で実施され、MCチューニングのための粒子レベルへの補正が施された。
• 複数のモンテカルロジェネレータ（Powheg+Pythia8、NNPDF3.0 PDFs）およびNLOを超える高次QCD計算と結果を比較する。
• システムティック不確かさが評価され、最大の寄与はトップクォーク対生成モデルと検出器関連の効果に起因する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新のモンテカルロシミュレーションは、13 TeVにおける二レプトンチャンネルでのトップクォーク対生成の微分断面積をどの程度正確に記述できるか？
• RQ2 NLOを超える高次QCD計算は、測定されたトップクォークおよびtt系の運動量分布をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 高ジェット多重度領域で、データのジェット多重度分布がMCシミュレーションと乖離している理由は何か？
• RQ4 データにおけるトップクォーク横運動量スペクトルは、一次および次次精度のモンテカルロモデルの予測よりも弱いのか？
• RQ5 観測された乖離は、トップクォーク対生成における行列要素＋パートオンシャワーモデルのチューニング改善にどのように寄与できるか？

主な発見

• 全位相空間において、トップクォーク横運動量（pT）、ラピディティ（y）、tt系の横運動量（pttT）、インvariant質量（mtt）、ラピディティ（ytt）の各ビンごとのトップクォーク対生成の正規化された微分断面積が測定された。
• フィducial位相空間におけるジェット多重度分布は、高多重度（Njets ≥ 5）でデータとMCシミュレーションの間に顕著な乖離を示しており、現在のパートオンシャワーおよび行列要素モデルの限界を示している。
• データにおけるトップクォークpTスペクトルは、標準的なMCシミュレーションの予測よりもやや弱く、NLOを超える高精度のQCD計算との一致が良好に見られた。
• 全体の測定不確かさは3%から30%の範囲にあり、最大の寄与はトップクォーク対生成モデルと検出器関連のシステムティック効果に起因する。
• 測定されたすべての運動量分布において、データは、NLOを超える精度の標準模型QCD予測と一般的に一致しており、特に高精度のQCD計算と良好な一致を示した。
• これらの結果は、高多重度ジェットイベントおよび特に高pT領域におけるトップクォークpTスペクトルをより正確に記述できるよう、MCジェネレータのチューニングをさらに進める動機付けとなる。