[論文レビュー] Search for Heavy Top-like Quarks tprime->Wq Using Lepton Plus Jets Events in 1.96 TeV p-pbar Collisions

A. Lister|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、テバトロンのCDF II検出器を用いて1.96 TeVのp¯p衝突データ（2.8 fb⁻¹）を用い、Wqに崩壊する重いトップに類似したクォークt′の探索を報告する。レプトン＋ジェットイベントを用い、全横運動量と再構築されたt′質量のヒストグラムに最適化されたランク付き尤度フィットを実施し、t′質量に対して95%信頼水準の下限として311 GeV/c²の制限を設定したが、t′対生成の証拠は得られなかった。

ABSTRACT

We present the results of a search for a new heavy top-like quark, tprime, decaying to a W boson and another quark using the CDF II Detector in Run II of the Tevatron ppbar collider. New top-like quarks are predicted in a number of models of new physics. Using a data sample corresponding to 2.8 fb-1 of integrated luminosity we fit the observed spectrum of total transverse energy and reconstructed quark mass to a combination of background plus signal. We see no evidence for tprime production, so use this result to set limits on the tprime tprimebar production cross section times the branching ratio of tprime to Wq and infer a lower limit of 311 GeV/c2 on the mass of the tprime at 95% CL.

研究の動機と目的

• 新しいニューサイエンスのモデルで予測される、Wボソンとクォーク（Wq）に崩壊する新しい重いトップに類似したクォークt′の探索。
• テバトロンの実験データを用いて、t′→Wqのt′¯t′生成断面積×分岐比の制限を設定すること。
• 全横運動量と再構築された質量の運動量分布を用いて、95%信頼水準におけるt′クォークの質量下限を決定すること。
• bタギングに依存しないように、イベントの運動量からt′信号とt¯t、W＋ジェット、QCDマルチジェット背景を区別すること。

提案手法

• レプトン（eまたはμ）、欠落横運動量、4個以上のジェットを含むイベントを選択し、レプトンのpT > 20 GeV/cおよび|η| < 2のジェットに対してET > 15 GeVの条件を課す。
• ジェットエネルギー（1番目のジェットET > 60 GeV）のカット、レプトン-ジェット頂点整合性、およびミュオンと/ET間の角度的分離を用いて、QCDおよび誤って再構築されたイベントを抑制する。
• Wボソン質量仮説、運動量バランス、および最終状態の等質量仮定を満たす運動量フィットを用いて、t′および¯t′質量を再構築する。
• 背景成分と信号成分を含む、HT（全横運動量）およびMrec（再構築されたt′質量）分布に対する2次元のビン分け尤度フィットを実施する。
• ジェットエネルギースケール、W＋ジェットのQ2スケール、放射線強度、レプトン効率、QCD背景正規化といった系誤差をネガティブパラメータとしてモデル化する。
• σ·Bに一様な事前分布を仮定したベイズ推論を用いて、信号率の95%信頼水準における上限を導出し、理論的断面積予測を用いて質量下限に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1.96 TeVのp¯p衝突で観測されたデータは、Wqに崩壊するt′¯t′対生成と整合する顕著な過剰を示しているか？
• RQ2 95%信頼水準におけるt′→Wqのt′¯t′生成断面積×分岐比の上限は何か？
• RQ3 100%の分岐比を仮定した理論的予測と一致する質量は何か？
• RQ4 特にジェットエネルギースケールとW＋ジェットのQ2スケールといった系誤差が感度および最終的な質量下限に与える影響は何か？

主な発見

• HTおよびMrec分布に顕著な過剰は観測されず、t′¯t′生成の証拠はないことが示された。
• 95%信頼水準におけるt′¯t′生成断面積×分岐比の上限が、質量下限の導出に用いられた。
• 100%の分岐比を仮定した場合、t′クォークの質量下限は95%信頼水準で311 GeV/c²に設定された。
• 主な系誤差は、ジェットエネルギースケールの不完全な知識に起因し、HT-Mrec分布の形状および正規化に影響を与える。
• QCD背景正規化の不確実性は50%と推定され、W＋ジェット断面積の知識の不足を反映している。
• 観測された上限は予想される上限と比較され、311 GeV/c²の閾値で理論的断面積曲線と整合していることが示された。