[論文レビュー] Measurement of the W-boson helicity fractions in top-quark decays at CDF

T. Chwalek|arXiv (Cornell University)|May 21, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、テバトロンのCDF II検出器で得られた955 pb⁻¹のデータを用いて、トップクォーク崩壊におけるWボソンのヘリシティ分率を測定している。トップクォークおよびWボソンの4元ベクトルを再構築し、崩壊角θ*を分析することで、F₀ = 0.59 ± 0.12 (統計) ⁺⁰.⁰⁷₋₀.⁰⁶ (系誤差) および F₊ = -0.03 ± 0.06 (統計) ⁺⁰.⁰⁴₋₀.⁰³ (系誤差) を得た。これは標準模型の予測と整合的であり、95%信頼水準でF₊ ≤ 0.10の上限を設定した。

ABSTRACT

We present a measurement of the fractions F_0 and F_+ of longitudinally polarized and right-handed W bosons in top-quark decays using data collected with the CDF II detector. The data set used in the analysis corresponds to an integrated luminosity of approximately 955 pb-1. We select top-antitop candidate events with one lepton, at least four jets, and missing transverse energy. Our helicity measurement uses the decay angle theta*, which is defined as the angle between the momentum of the charged lepton in the W boson rest-frame and the W momentum in the top-quark rest-frame. The cos(theta*) distribution in the data is determined by full kinematic reconstruction of the top-antotop candidates. We find F_0 = 0.59 +- 0.12 (stat) +0.07 -0.06 (syst) and F_+ = -0.03 +- 0.06 (stat) +0.04 -0.03 (syst), which is consistent with the standard model prediction. We set an upper limit on the fraction of right-handed W-bosons of F_+ < 0.1 at the 95% confidence level.

研究の動機と目的

• テバトロンにおけるトップクォーク崩壊から生じる、縦偏光（F₀）および右巻き（F₊）のWボソン分率を測定すること。
• トップ崩壊から生じるWボソンが主に左巻きまたは縦偏光であるという標準模型の予測を検証すること。
• Wtb頂点におけるV+A成分や異常な結合といった新しい物理の兆候を示すずれを探索すること。
• 真のθ*分布をアンフォールドするため、転送関数を用いて検出器の受容域および分解能効果を補正すること。
• 右巻きWボソン分率の95%信頼水準における上限を設定すること。

提案手法

• イベント選別には、1つの分離したレプトン、欠落運動量、少なくとも4つのジェット、および1つのbタグ付きジェットを含む「レプトン＋ジェット」チャンネルが用いられた。
• Wボソン質量およびトップクォーク質量の差を制約し、ニューラルネットワークbタッパーを用いてbジェットの識別を行うことで、t¯tイベントの完全な運動量再構築が行われた。
• 崩壊角θ*は、Wボソンの静止系におけるチャージドレプトン運動量と、トップクォークの静止系におけるWボソン運動量との間の角度として定義された。
• 信号およびバックグラウンド寄与を理論的θ*分布（式1）でモデル化し、ビン化された最尤フィットを用いてF₀またはF₊を抽出した。
• 受容域および移行効果は、PYTHIAモンテカルロシミュレーションから導出された転送関数τ(F₀, F₊)を用いて補正された。
• 観測されたθ*分布に対してアンフォールド処理を施し、t¯t断面積6.7 pbに正規化した理論予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トップクォーク崩壊における縦偏光Wボソン分率（F₀）の測定値は何か？
• RQ2 右巻きWボソン分率（F₊）の測定値は何か。これは0と整合的か？
• RQ3 観測されたWボソンヘリシティ分布は、標準模型の予測（F₀ = 0.7、F₊ = 0）からずれているか？
• RQ4 右巻きWボソン分率の95%信頼水準における上限は何か？
• RQ5 検出器の受容域および再構築効果は、測定されたθ*分布にどのように影響を与え、それらはどのように補正されたか？

主な発見

• 縦偏光Wボソン分率の測定値はF₀ = 0.59 ± 0.12 (統計) ⁺⁰.⁰⁷₋₀.⁰⁶ (系誤差) であり、F₀ = 0.7である標準模型の予測と整合的である。
• 右巻きWボソン分率の測定値はF₊ = -0.03 ± 0.06 (統計) ⁺⁰.⁰⁴₋₀.⁰³ (系誤差) であり、0と整合的で、標準模型の予測とも整合的である。
• 95%信頼水準でF₊ ≤ 0.10の上限が設定され、右巻きWボソンの存在が認められないことと整合的である。
• 検出器効果を補正したアンフォールドθ*分布は、標準模型の予測と良好に一致した。
• 転送関数法により、受容域および分解能効果が適切に補正され、データと理論の直接比較が可能になった。
• 結果は系誤差の変動に対しても安定しており、トップクォーク崩壊ヘリシティに関する標準模型の妥当性を支持している。