[論文レビュー] Observation of Z Decays to b Quark Pairs at the Tevatron Collider

T. Dorigo|ArXiv.org|Jun 23, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、CDF検出器を用いてテバトロン衝突加速器でZボソンが bottom クォーク対に崩壊する過程（Z → bb）の観測を初めて報告している。bクォーク崩壊からの二次仮想頂点を特定し、非畳み込み尤度フィットを用いた二ジェット質量分布を分析することで、背景に対して3.23σの過剰が観測された。信号は91 ± 30（統計）± 19（系arness）イベントと測定され、Z → bb崩壊の標準模型予測と整合的である。

ABSTRACT

A search for Z boson decays to pairs of b-quark jets has been performed in the full dataset collected with the CDF detector at the Tevatron proton-antiproton collider. After the selection of a pure sample of bb events by means of the identification of secondary vertices from b-quark decays, we have used two kinematic variables to further discriminate the electroweak bb production from QCD processes, and sought evidence for the Z decay in the dijet invariant mass distribution. An absolute background prediction allows the extraction of an excess of events inconsistent with the background predictions by 3.23 sigma but in good agreement with the amount and characteristics of the expected signal. We then fit the mass distribution with an unbinned likelihood technique, and obtain a Z -> bb signal amounting to 91+-30+-19 events.

研究の動機と目的

• テバトロンの陽子-反陽子衝突加速器で、希少な崩壊過程 Z → bb を観測すること。
• 二次仮想頂点タギングを用いて、Z → bb イベントを支配的なQCD背景から区別すること。
• 二ジェット質量分布を分析することで、Z → bbの分岐比を測定すること。
• 高精度な実験的手法を用いて、Zボソンが bottom クォークに崩壊する標準模型予測を検証すること。
• ハドロン衝突における希少電弱過程のための、堅牢な背景予測と信号抽出手法を確立すること。

提案手法

• テバトロンの全陽子-反陽子衝突データセットをCDF検出器で収集・分析した。
• bヒッグズの長い崩壊長を活用して、bクォークジェットを二次仮想頂点再構成により特定した。
• QCDマルチジェット背景を抑制し、Z → bb イベントへの感度を向上させるために、2つの運動量変数を用いた。
• Zボソン質量と整合的な共鳴ピークを探索するため、二ジェット質量分布を構築した。
• 背景および系統的不確実性を考慮しながら、信号収量を抽出するために、非畳み込み尤度フィットを適用した。
• 制御サンプルに依存せず、データ駆動型技術を用いて絶対的背景予測を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンの陽子-反陽子衝突において、Zボソンが bottom クォーク対に崩壊する過程を観測できるか？
• RQ2 二次仮想頂点タギングは、bクォークジェットの特定において、どの程度QCDマルチジェット背景を低減できるか？
• RQ3 二ジェット質量分布に、Z → bb崩壊と整合的な統計的に有意な過剰は存在するか？
• RQ4 Z → bbの信号強度は測定されたか？ そして、標準模型予測と比較するとどうなるか？
• RQ5 非畳み込み尤度手法は、複雑な背景が存在する状況でも、堅牢かつ高精度な信号抽出を可能にするか？

主な発見

• 二ジェット質量分布において、背景のみの期待値とは矛盾する3.23σの過剰が観測された。
• 信号強度は91 ± 30（統計）± 19（系統）イベントと測定され、標準模型予測と整合的であった。
• 背景予測は絶対的であり、モンテカルロシミュレーションに依存せず、データ駆動型技術に依拠していた。
• 二次仮想頂点タギングは、bクォークジェットを効果的に豊かにし、QCDプロセスとの効果的な分離を可能にした。
• 使用した運動量変数は、非共鳴的QCD寄与を効果的に抑制し、Z → bb信号への感度を向上させた。
• 観測された信号は、予想されるZ → bb分岐比と整合的であり、標準模型の重要な予測を確認した。