[論文レビュー] Measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV using events with large Missing E_T and jets

T. Aaltonen|arXiv (Cornell University)|May 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、CDF II検出器を用いた1.96 TeVの陽子-陽陽子衝突において、2.2 fb⁻¹のデータを用いてトップクォーク対（tt̄）生成断面積を測定した。大規模な欠落横断運動量と高いジェット多重度を特徴とするイベントを選別し、電子およびミューオンを遮断することでタウ崩壊寄与を強調した。ニューラルネットワークおよび二次頂点タギングを用いることで、m_top = 172.5 GeV/c²における測定断面積は7.99 ± 0.55（統計）± 0.76（系誤差）± 0.46（ランプ）pbであり、標準模型と整合的である。

ABSTRACT

In this paper we report a measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV using data corresponding to an integrated luminosity of 2.2fb-1 collected with the CDF II detector at the Tevatron accelerator. We select events with significant missing transverse energy and high jet multiplicity. This measurement vetoes the presence of explicitly identified electrons and muons, thus enhancing the tau contribution of ttbar decays. Signal events are discriminated from the background using a neural network, and heavy flavor jets are identified by a secondary-vertex tagging algorithm. We measure a ttbar production cross section of 7.99 +/- 0.55(stat) +/- 0.76(syst) +/- 0.46(lumi) pb, assuming a top mass m_top = 172.5 GeV/c^2, in agreement with previous measurements and standard model predictions.

研究の動機と目的

• √s = 1.96 TeVにおける陽子-陽子衝突でのトップクォーク対生成断面積を、タウ崩壊に富んだシグネチャを用いて測定すること。
• 明示的に特定された電子およびミューオンを遮断することで、背景寄与を低減し、タウレプトンを含むtt̄崩壊への感度を向上させること。
• イベントの運動学的およびトポロジカル変数を用いてトレーニングされたニューラルネットワークを用いて、信号の識別を向上させること。
• 二次頂点タギングアルゴリズムを用いてbクォークジェットを特定することで、tt̄信号の純度を向上させること。
• 統計誤差、系誤差、およびランプ誤差を含む正確な断面積測定を報告すること。

提案手法

• 大規模な欠落横断運動量（E_T^miss）と高いジェット多重度に基づいてイベントを選別し、不顕在粒子を伴うtt̄崩壊への感度を高めた。
• 電子およびミューオンを明示的に遮断することで、レプトン崩壊からの寄与を低減し、タウ初期崩壊の相対的割合を向上させた。
• 運動学的およびトポロジカル変数を用いて、QCDおよび電弱背景とtt̄信号イベントを区別するための多変量ニューラルネットワークをトレーニングした。
• bハドロン崩壊に起因するジェットを特定するため、二次頂点タギングを適用し、tt̄イベントとライトクォークおよびグルーオンジェットの分離を改善した。
• データにおけるニューラルネットワーク出力分布のフィッティングにより断面積を抽出し、統合ランプ2.2 fb⁻¹に正規化した。
• ジェットエネルギースケール、欠落E_T分解能、背景モデル、およびランプに関する系統的誤差を評価し、最終結果はm_top = 172.5 GeV/c²で報告した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 1.96 TeVにおける陽子-陽子衝突で、大規模な欠落E_Tおよび高いジェット多重度を持つイベントを用いて、測定されたトップクォーク対生成断面積は何か？
• RQ2 電子およびミューオンの遮断は、tt̄信号におけるタウ崩壊モードの寄与をどの程度向上させるか？
• RQ3 このトポロジーにおいて、ニューラルネットワークは、支配的であるQCDおよび電弱背景からのtt̄信号分離をどの程度改善できるか？
• RQ4 高多重度・高E_T^miss環境下において、二次頂点タギングはbジェットをどの程度正確に特定できるか？
• RQ5 m_top = 172.5 GeV/c²における測定断面積は、標準模型の予測と一致するか？

主な発見

• 測定されたトップクォーク対生成断面積は、それぞれ±0.55、±0.76、±0.46 pbの統計誤差、系統的誤差、ランプ誤差を伴い、7.99 pbであった。
• 結果は標準模型の予測と良好に一致しており、Tevatronでの以前の測定と整合的である。
• 欠落E_Tおよび高いジェット多重度に加え、レプトン遮断を組み合わせることで、タウレプトンを含むtt̄崩壊への感度が成功裏に向上した。
• ニューラルネットワークベースの解析により、背景抑制が効果的に実現され、クリアな信号抽出が可能になった。
• 二次頂点タギングは信頼性の高いbジェット特定を提供し、信号純度の向上に寄与した。
• 最終的な断面積は、世界平均および理論的予測と整合的なトップクォーク質量172.5 GeV/c²で報告された。