[論文レビュー] Search for top partners with charge 5e/3

A. Avetisyan, T. Bose|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、アップグレードされたLHCにおける同一スピン双レプトン最終状態を用いて、電荷 +5e/3 のExotic topパートナート（T₅/₃）の発見可能性を調査する。√s = 14および33 TeVのシミュレートデータを用い、300 fb⁻¹および3 ab⁻¹の光度で、T₅/₃質量が2.4 TeVまで発見可能であり、33 TeVで2.8 TeVまで排除限界が得られることを示した。バックグラウンドを抑制するため、高度なジェット部分構造タギングと運動量選択を活用した。

ABSTRACT

A feasibility study of searches for top partners with charge 5e/3 at the upgraded Large Hadron Collider is performed. The discovery potential and exclusion limits are presented using integrated luminosities of 300 fb$^{-1}$ and 3000 fb$^{-1}$ at center-of-mass energies of 14 and 33 TeV.

研究の動機と目的

• アップグレードされたLHCにおける電荷 +5e/3 のExotic topパートナート（T₅/₃）の発見可能性と排除限界を評価すること。
• t¯tW やトライボソンなど主要な標準模型バックグラウンドと区別するため、同一スピン双レプトン最終状態の感度を評価すること。
• 横方向運動量、スカラー和（HT、ST）、およびジェット部分構造タギングを用いたイベント選択を最適化し、信号対バックグラウンド比を向上させること。
• T₅/₃質量をトップおよびWタギングアルゴリズムとAK5ジェットを組み合わせて再構築し、発見時に正確な質量測定を可能にすること。

提案手法

• 信号およびバックグラウンドサンプルはMadGraph 5を用いて生成され、Delphes 3.0.9を用いてシミュレートされ、Snowmass Combined LHC検出器モデルが使用された。
• イベント選択は、レプトン、ジェット、および欠落横方向運動量の横方向運動量のしきい値に加え、スカラー和HTおよびSTに基づく。
• ジェット部分構造はCambridge-Aachen（CA8）ジェットを用いてWおよびトップクォーク崩壊を同定する：質量が60–120 GeVで、質量ドロップ < 0.4 であればWタグ付きとみなす。質量が140–230 GeVで、サブジェットが3個以上あればトップタグ付きとみなす。
• 成分数はトップタグ付きで3、Wタグ付きで2、AK5ジェットおよび高pTレプトンで1とし、最小5成分が必要とされた。
• 質量再構築は表5の好ましいジェット組み合わせを用い、Wおよびトップ候補がそれぞれ名目質量から±20 GeVおよび±30 GeV以内に位置する必要があった。
• 系統的不確実性を20%と仮定し、14および33 TeVのシナリオにおいて50および140のパイルアップを含む観測収量を用いて、有意性および排除限界を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 14 TeVおよび33 TeV LHCにおける300 fb⁻¹および3 ab⁻¹の光度で、T₅/₃トップパートナースの期待される発見到達域は何か？
• RQ2 同一スピン双レプトン最終状態およびジェット部分構造タギングは、t¯tW やトライボソンといった主要な標準模型バックグラウンドをどれほど効果的に抑制できるか？
• RQ3 トップおよびWタギングとAK5ジェット再構築を組み合わせることで、T₅/₃質量を正確に再構築できるか？
• RQ4 パイルアップ（1バッチクロージャーあたり50対140）は、T₅/₃探索における感度およびバックグラウンド抑制にどのように影響するか？
• RQ5 異なる中心系エネルギーや光度におけるT₅/₃質量の期待される排除限界および有意性レベルは何か？

主な発見

• 14 TeV、300 fb⁻¹の光度、50のパイルアップ条件下で、T₅/₃質量が1.57 TeVまでの5σ発見が可能である。
• 14 TeV、3 ab⁻¹の光度、50のパイルアップ条件下で、5σ発見到達域は1.76 TeVに拡大する。
• 33 TeV、300 fb⁻¹、50のパイルアップ条件下で、5σ発見到達域は2.48 TeVにまで向上する。
• 33 TeV、3 ab⁻¹の光度、140のパイルアップ条件下で、排除限界は2.8 TeVに達し、重いT₅/₃状態に対する強い感度を示している。
• 14 TeVにおける再構築質量分布は良好な分解能を示しており、ピーク幅は信号純度とバックグラウンド抑制の両方に整合的である。
• 本研究は、ジェット部分構造タギングと運動量選択が、特に高中心系エネルギーで信号感度を顕著に向上させることを確認した。