[論文レビュー] Search for Technicolor Particles Produced in Association with W Boson at CDF

Y. Nagai, T. Masubuchi+2 more|ArXiv.org|Aug 2, 2008

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、CDF II検出器を用いた1.9 fb⁻¹のデータから、√s = 1.96 TeVの陽子-陽陽衝突において、Wボソンと連関して生成される技術色粒子（特に技術ρ（ρT）および技術π（πT））の探索を報告する。bタグ付きジェットを用いたW + 2ジェット最終状態の解析とニューラルネットワークを用いたフレーバー分離を適用することで、95%信頼水準におけるρT–πT質量平面での遮断領域を設定し、WπT生成の運動的閾値付近を除き、180–250 GeV/c²の質量範囲を除外した。

ABSTRACT

We present a search for technicolor particles decaying into $b\bar b$, $b\bar c$ or $b\bar u$ and produced in association with $W$ bosons in $p\bar p$ collisions at $\sqrt{s}= 1.96 \mathrm{TeV}$. The search uses approximately $1.9 \mathrm{fb}^{-1}$ of the dataset accumulated in the CDF II detector at the Fermilab Tevatron. We select events matching the $W$ + 2-jets signature and require at least one jets to be identified as $b$-quark jets. In the case of exactly one vertex $b$-tagged events, we apply a neural network flavor separator to reject contamination from charm and light quark jets. The number of tagged events and the invariant mass distributions of $W+2$ jets and dijets are consistent with the Standard Model expectations. We succeed to set a large 95% confidence level excluded region on the $π_{T}$ mass v.s. $ρ_{T}$ mass plane.

研究の動機と目的

• テバトロンにおける陽子-陽子衝突において、技術色理論のストローアイマンモデル（TCSM）が予言する技術色粒子、特にρTおよびπT共鳴状態がWボソンと連関して生成されるかを探索すること。
• 電弱対称性の自発的破れを説明するヒッグス機構の代替としての技術色理論の妥当性を、ρT → WπT → ℓνb¯b、b¯c、またはb¯uの共鳴生成を調べることで検証すること。
• 二次頂点タギングおよびニューラルネットワークフレーバー分離を含む高度なbタギング技術を用いて、信号対背景比を向上させること。
• 観測データに基づき、モデルに依存しない95%信頼水準（CL）でのρTおよびπT質量の遮断限界を設定すること。

提案手法

• イベント選択には、高pTの電子またはミュオントリガーを用い、/ET > 20 GeV、2つのジェット（ET > 20 GeV、|η| < 2.0）が正確に1つ、かつ二次頂点タギングによるbタグ付きジェットが1つ以上必要とされる。
• 単一bタグ付きイベントに対して、ニューラルネットワークbタギングアルゴリズムを適用し、bジェット、cジェット、および軽いクォークジェットを区別することで、信号純度を向上させつつ、約90%の信号効率を維持する。
• ニュートリノのpzを求めるためにWボソン質量制約を用いたW + 2ジェットのインヴァリアント質量を再構築し、絶対値が小さい方の実数解を選択する。
• Q値はQ = m(ρT) – m(πT) – m(W)として定義され、2次元ビン分け最大尤度フィットにおいて信号と背景を分離するための運動的判別子として用いられる。
• バックグラウンド寄与はデータ駆動的手法により推定される：誤タグ率は負のタグから、W + 重いフレーバーはALPGEN+PYTHIAシミュレーションから、QCD偽W信号は/ETサイドバンドにおけるレプトン分離比から得られる。
• 系統的不確実性はレプトン識別、トリガー、bタギング、ISR/FSR、PDF、およびジェットエネルギースケールについて評価され、bタギング不確実性は最大で17.0%に達する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたデータには、W + 2ジェット最終状態において、ρT → WπT → ℓνb¯b、b¯c、またはb¯uの共鳴崩壊に一致する有意なイベント過剰が見られるか？
• RQ2 有意な信号が観測されなかった場合、ストローアイマンモデルにおけるρT–πT質量平面での95%信頼水準の遮断領域はどのようになるか？
• RQ3 ニューラルネットワークおよび二次頂点bタギングアルゴリズムは、単一bタグ付きイベントにおけるcジェットおよび軽いクォークジェットのバックグラウンド抑制にどの程度効果的か？
• RQ4 特にbタギングおよびジェットエネルギースケールからの系統的不確実性が、遮断限界にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ5 WπTおよびπTπT対生成の運動的閾値は、ρT–πT平面における遮断領域の形状にどのように寄与するか？

主な発見

• 標準模型のバックグラウンド予想を上回る有意なイベント過剰は、W + 2ジェットまたはジジェットインヴァリアント質量分布で観測されなかった。
• ρT–πT質量平面において95%信頼水準の遮断領域が確立され、技術ρ粒子の質量180–250 GeV/c²の範囲が除外された。
• WπT生成の運動的閾値付近では遮断が無効となり、特にm(ρT) ≥ 220 GeV/c²およびm(πT) ≥ 125 GeV/c²の領域で成立しない。
• ニューラルネットワークbタギングアルゴリズムは、単一bタグ付きイベントにおける信号対バックグラウンド比を向上させ、約90%の信号効率を維持しながら、charmおよび軽いクォークジェットを抑制した。
• 信号受容率の系統的不確実性は1.8%から17.0%の範囲にあり、bタギング不確実性が最大17.0%と最も大きい。
• 最終的な遮断領域は、二重二次頂点タグ、1つの二次頂点＋1つのジェット確率タグ、および1つの二次頂点＋ニューラルネットワークタグの全タギングカテゴリで一貫しており、堅牢性が示された。