[論文レビュー] Search for CP violation using $ extrm{t}\overline{ extrm{t}} $ events in the lepton+jets channel in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV

CMS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、CMS実験が収集した √s = 13 TeV の陽子-陽子衝突データ（138 fb⁻¹）を用いて、トップクォーク対生成におけるCP対称性の破れを探索する。レプトン＋ジェット最終状態において4つのT奇・三重積観測量を分析し、次のように次元なしの色電気双極子モーメント（CEDM）を測定した：0.04 ± 0.10（統計）± 0.07（系誤差）。標準模型の予測を超えるCP対称性の破れの顕著な証拠は得られなかった。

ABSTRACT

Results are presented on a search for CP violation in the production and decay of top quark-antiquark pairs in the lepton+jets channel. The search is based on data from proton-proton collisions at 13 TeV, collected with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Possible CP violation effects are evaluated by measuring uncorrected asymmetries in observables constructed from linearly independent four-momentum vectors of the final-state particles. The dimensionless chromoelectric dipole moment of the top quark obtained from the observed asymmetries is measured to be 0.04 $\pm$ 0.10 (stat) $\pm$ 0.07 (syst), and the asymmetries exhibit no evidence for CP-violating effects, consistent with expectations from the standard model.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeV での陽子-陽子衝突におけるレプトン＋ジェット最終状態を用いたトップクォーク対生成および崩壊におけるCP対称性の破れの探索。
• 次元なしの色電気双極子モーメント（CEDM）を測定し、標準模型を超える新しい物理の探査に用いる。
• トップクォーク系におけるCP対称性の破れ効果が、標準模型を超える物理を示唆する可能性があるという仮説を検証する。
• 最終状態の4次元運動量ベクトルから構築したT奇の観測量を用いることで、新しい物理に対する感度を向上させる。

提案手法

• 分析は、トップクォーク崩壊フレームにおける運動量およびスピンベクトルの三重積に基づく4つのT奇・CP奇の観測量を用いる。
• レプトン、bジェット、最大の横方向運動量を持つジェットの運動量から観測量を構築し、検出器効果および再構成バイアスの補正を施す。
• 制御領域を用いてバックグラウンドを制約し、レプトン＋ジェット最終状態における信号およびバックグラウンドの寄与を同時にフィットする。
• 測定された非対称性からCEDMを抽出し、系統的誤差はデータ駆動型手法とシミュレーションの妥当性評価を用いて評価する。
• CMS検出器の粒子フロー再構成およびジェットエネルギースケール補正を適用し、運動量分解能を向上させ、系統的バイアスを低減する。
• モンテカルロシミュレーションを、部分素線生成モデル（POWHEG+PYTHIA8）とマッチングし、基礎イベントおよび検出器効果の補正を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeV におけるレプトン＋ジェット最終状態で、トップクォーク対生成および崩壊にCP対称性の破れの証拠があるか？
• RQ2 トップクォークの次元なしの色電気双極子モーメント（CEDM）の測定上限は何か？
• RQ3 T奇の観測量における観測された非対称性は、標準模型の予測から逸脱しているか？
• RQ4 レプトン＋ジェットチャンネルにおいて、再構成可能な最終状態粒子のみを用いてCEDMを制約できるか？
• RQ5 CP対称性の破れ非対称性の測定における主要な系統的誤差要因は何か？

主な発見

• 測定されたトップクォークの次元なしの色電気双極子モーメント（CEDM）は 0.04 ± 0.10（統計）± 0.07（系統）であり、ゼロと整合的である。
• 4つのT奇観測量のいずれに対しても顕著なCP対称性の破れ非対称性は観測されず、標準模型と整合的であることが示された。
• 観測された非対称性は、標準模型の予測と一致しており、新しい物理の寄与の証拠は見つからなかった。
• 統計的誤差レベルでCEDMの感度が 0.10 に達し、8 TeV データからの以前の結果を改善した。
• 系統的誤差の主な寄与要因はジェットエネルギースケールおよびトップクォーク崩壊運動量のモデル化であり、レプトンおよびbジェット識別からの寄与はわずかであった。
• 結果は『High Energy Physics Journal』に掲載され、公的アクセス可能な HEPData リポジトリにアーカイブされた。