[論文レビュー] Measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt{s} = 1.96 TeV

I. A. Bertram, G. Borissov+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、フェルミラブのD0検出器を用いて、√s = 1.96 TeVの陽子-陽子反応においてトップクォーク対(tt̄)生成断面積を測定した。0.9 fb⁻¹のデータに基づき、bタギングおよび運動量的尤度判別子を用いたレプトン＋ジェットチャンネルで、断面積を7.62 ± 0.85 pbとして報告した。理論予測と比較することで、トップクォーク質量を170 ± 7 GeVとして推定した。

ABSTRACT

We measure the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt{s}=1.96 TeV in the lepton+jets channel. Two complementary methods discriminate between signal and background, b-tagging and a kinematic likelihood discriminant. Based on 0.9 fb-1 of data collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron Collider, we measure sigma_ttbar=7.62+/-0.85 pb, assuming the current world average m_t=172.6 GeV. We compare our cross section measurement with theory predictions to determine a value for the top quark mass of 170+/-7 GeV.

研究の動機と目的

• D0検出器を用いて、√s = 1.96 TeVのpp̄衝突におけるトップクォーク対生成断面積を測定すること。
• bタギングおよび運動量的尤度判別子を用いて、レプトン＋ジェット最終状態におけるバックグラウンド寄与を低減すること。
• 測定された断面積を理論的予測と比較し、トップクォーク質量の値を抽出すること。
• 実験的断面積データを用いて、トップクォーク質量の決定精度を向上させること。
• 測定された断面積が世界平均のトップクォーク質量172.6 GeVと整合的であるかを検証すること。

提案手法

• 解析は、トップクォーク対のレプトン＋ジェット崩壊チャンネルに焦点を当て、1つの高運動量レプトンおよび4つの以上のジェットを有するイベントを選別する。
• bタギングを適用して、ボトムクォークから発生するジェットを特定し、信号感度を向上させるとともに、QCDマルチジェットバックグラウンドを抑制する。
• 再構成されたトップクォークおよびWボソン質量を用いた運動量的尤度判別子を構築し、信号とバックグラウンドイベントを区別する。
• ビン化された最尤法を用いて判別子分布における信号およびバックグラウンド寄与をフィットし、断面積を抽出する。
• 理論的予測として、トップクォーク質量関数としてのtt̄断面積を用い、最良適合質量値を抽出する。
• 系統的不確かさは、専用のコントロールサンプルおよび再構成・選別基準の変更を用いて評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 1.96 TeVのpp̄衝突における、レプトン＋ジェットチャンネルでの測定されたトップクォーク対生成断面積は何か？
• RQ2 bタギングおよび運動量的尤度判別子は、tt̄イベント選別における信号とバックグラウンドの分離をどのように改善するか？
• RQ3 測定された断面積を理論的予測と比較した場合、推定されるトップクォーク質量は何か？
• RQ4 測定された断面積は、世界平均のトップクォーク質量172.6 GeVとどの程度整合的か？
• RQ5 断面積測定の精度は何か、およびトップクォーク質量決定に与える影響は何か？

主な発見

• D0検出器が収集した0.9 fb⁻¹のデータに基づき、測定されたトップクォーク対生成断面積は7.62 ± 0.85 pbであった。
• 理論的予測と比較した結果、測定された断面積は世界平均のトップクォーク質量172.6 GeVと整合的である。
• 断面積測定の精度は約11%であり、主に統計的および系統的不確かさに起因する。
• 測定された断面積を理論と比較することで、トップクォーク質量は170 ± 7 GeVとして抽出され、不確かさの範囲内で整合的であることが示された。
• bタギングおよび運動量的尤度判別子の両方を用いることで、信号純度の向上およびバックグラウンド抑制が顕著に改善された。
• 結果は、テバトロン衝突に特徴的な高多重度・高バックグラウンド環境においても、測定手法の堅牢性を示している。