[論文レビュー] Measurement of the top pair invariant mass distribution at 7 TeV and search for new physics

S. Rappoccio|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける7 TeVプロトン-プロトン衝突を用いて、完全ハドロン的・半レプトン的・完全レプトン的崩壊チャンネルにおいてブーストされたトップクォークを同定する高度なジェット構造技術を用いて、トップクォーク対生成における新しい物理現象の探索を報告する。解析は、フラーバー変換中性荷電現在Z'モデルに対する厳密な制限を設定し、800 GeV/c²未満のトップコロール非レプトン的共鳴状態を除外する。これは、テバトロンで観測されたトップクォークの前向き-後方非対称性を説明するために提案されたモデルを否定するものである。

ABSTRACT

An overview of searches for new physics in the ttbar sample from the CMS Collaboration is presented with data collected at the Large Hadron Collider at sqrt(s) = 7 TeV. There are several searches presented, including same-sign dilepton signatures, semileptonic signatures, and all-hadronic signatures, the latter of which uses advanced jet reconstruction techniques.

研究の動機と目的

• 2010–2011年のデータを用いて、LHCにおける√s = 7 TeVの条件下で、トップクォーク対生成における新しい物理現象の探索を目的とする。
• テバトロンで観測されたトップクォークの前向き-後方非対称性を説明する理論的モデル、特にフラーバー変換中性荷電現在または新しいゲージボソンを含むモデルの検証を目的とする。
• 完全ハドロン的および半レプトン的最終状態における高エネルギーでブーストされたトップクォークを同定するため、高度なジェット構造技術の開発と応用を目的とする。
• トップクォーク対に崩壊する新しい共鳴状態の生成断面積と分岐比の積に対する制限を設定することを目的とする。

提案手法

• トップタギングやジェットの修剪（ジェット・プルーニング）といったジェット構造アルゴリズムを用いて、高エネルギーでブーストされたトップクォークの融合崩壊を同定する。
• 背景を抑制するために、角度的分離（ΔR_min）と相対横運動量（p_T^REL）に基づく二次元選別基準をブーストされた半レプトン的トップクォーク崩壊に適用する。
• ボトムクォークタギングとWボソンタギングを用いて、ハドロン的および半レプトン的崩壊生成物からトップクォーク候補を再構築する。
• ブースト状態の異なる領域（完全に融合した状態、中程度にブーストされた状態、標準的トポロジー）に合わせたイベント選別基準を適用する。
• 完全レプトン的チャンネルにおいてカウント実験を実施し、同じスピンの二重レプトンイベントを探索し、トップセクターにおける新しい物理現象を解釈し直したSUSY探索の手法を再利用する。
• H_T,lep < 150 GeV/c²の制御領域を用いて非プロンプトWボソン背景を正規化し、モンテカルロシミュレーションを用いて背景を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおける共鳴的トップクォーク対生成を通じて、トップクォーク系における新しい物理現象が観測可能であろうか？
• RQ2 テバトロンで観測されたトップクォークの前向き-後方非対称性は、新しいフラーバー変換中性荷電現在Z'ボソンを示唆するものであり、LHCのデータによってその可能性は排除できるか？
• RQ3 高度なジェット構造技術は、完全ハドロン的および半レプトン的最終状態における高エネルギーでブーストされたトップクォークを効果的に再構築できるか？
• RQ4 1.5 TeV/c²以上のインヴァリアント質量を持つ新しい共鳴状態がトップクォーク対に崩壊する場合の、生成断面積と分岐比の積に対する制限は何か？
• RQ5 Bergerら（2011）が提唱したモデルは、同じスピンの二重レプトンチャンネルにおけるCMSのデータと整合性を持つであろうか？

主な発見

• 同じスピンの二重レプトンチャンネルにおいて、CMS実験は標準模型から予想される0.9 ± 0.6イベントに対して2件のイベントを観測したが、Bergerら（2011）が提唱したモデルに明確な証拠は得られなかった。
• Bergerら（2011）が提唱したモデルに対する95%信頼区間の上限は、特にボソン質量が1.5 TeV/c²未満で右巻きのカップリングf_R > 0.1の場合に、パラメータ空間の大部分を除外した。
• 800 GeV/c²未満の狭いトップコロール非レプトン的t̄t共鳴状態は解析によって除外された。これは、テバトロンデータから得られる最も厳しい制限と整合的である。
• 半レプトン的ブースト解析において、インヴァリアント質量の関数として生成断面積と分岐比の積に対する95%信頼区間の上限が設定され、高エネルギー領域まで感度が及んでいる。
• 完全ハドロン的解析では、トップタギングとWジェットタギングを用いてブーストされたトップクォーク候補を効果的に同定し、選別されたサンプルで高い純度を達成した。
• ジェットの修剪アルゴリズムは、中程度にブーストされたトップトポロジーにおけるWボソン崩壊生成物の同定に有効であり、専用のトップタギング手法に比べて性能はわずかに劣るが、より広範な適用性を持つ。