[論文レビュー] Single top quark dierential decay rate formulae including detector eects

J. Boudreau, C. Escobar+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、畳み込み定理の球面調和分解を用いて検出器効果を組み込むことで、シングルトップクォークの微分 decay 率に対する解析的公式を開発した。この手法により、トップクォークの decay 振幅、位相、偏光の正確な尤度ベース抽出が可能となり、LHC におけるトップクォーク decay のテンソルおよび擬スカラー結合への感度が向上する。

ABSTRACT

Since the discovery of parity violation in 1957, angular distributions of leptons coming from the weak decay of polarized fermions have been used to probe the structure of the Wqq 0 vertex. Vector and axial vector couplings reveal themselves in the angular distributions of both light and heavy polarized fermions, but tensor and pseudotensor cou- plings have a prominent influence on the angular distributions only for fermions heavier than the W boson; i.e. the top quark. The copious t-channel production of polarized sin- gle top quarks at the LHC provides an opportunity to study the angular distributions of leptons from polarized top quark decay. In this paper we develop formulae for dierential rates intended to be used as a likelihood function in the simultaneous extraction of decay amplitudes, phases, and polarization. The incorporation of detector eects in these for- mulae is accomplished using a variant of the familiar convolution theorem applying to a decomposition of the dierential rates in spherical harmonics.

研究の動機と目的

• LHC における偏光付きシングルトップクォークの微分 decay 率を、検出器効果を完全に組み込んだ形でモデル化すること。
• 尤度ベースのフレームワークを用いて、同時に decay 振幅、位相、偏光を抽出できるようにすること。
• 崩壊レプトンの角度分布を活用することで、Wtb 項目のテンソルおよび擬テンソル結合への感度を向上させること。
• トップクォーク decay 測定における検出器解像度および受容率を正確に扱える形式を構築すること。

提案手法

• 微分 decay 率を球面調和関数に分解することで、検出器効果の組み込みを容易にする。
• 検出器解像度による崩壊角度分布のぼやけ具合をモデル化するために、畳み込み定理の変種を適用する。
• 真の微分 decay 率と検出器応答関数を球面調和基底において畳み込むことで、検出器効果を組み込む。
• 得られた公式を、実験データへのグローバルフィットに使用可能な尤度関数として表現する。
• 一貫した角度的フレームワーク内で、信号およびバックグラウンド寄与を両方とも含められる。
• 現実的な検出器制限を考慮しつつ、崩壊過程の完全な角度依存性を保持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして検出器効果を、シングルトップクォークの微分 decay 率公式に体系的に組み込むことができるか？
• RQ2 どのようにして、トップクォーク崩壊からのレプトンの角度分布における検出器のぼやけ具合を最適にモデル化できるか？
• RQ3 検出器効果を組み込むことで、抽出された decay 振幅および位相の精度がどのように向上するか？
• RQ4 検出器効果を適切に考慮した場合、テンソルおよび擬テンソル結合が角度分布に与える影響はどの程度か？
• RQ5 球面調和分解は、尤度ベース解析に適した数値的に安定で効率的なフレームワークを提供できるか？

主な発見

• 開発された公式により、トップクォーク decay 測定における尤度関数への検出器効果の一貫性と正確な組み込みが可能になった。
• 球面調和分解により、角度分布への検出器ぼやけ効果の効率的かつ安定した数値的評価が可能になった。
• 検出器補正は、特に非標準的結合に対して、抽出された decay 振幅および位相の精度を顕著に向上させた。
• この形式は、特にテンソルおよび擬テンソル結合に対して非常に感受性が高く、ハドロン衝突型加速器では通常は難易度の高い探査が可能になった。
• この手法は、トップクォーク decay データへのグローバルフィットを強固に可能にし、標準模型を超える新しい物理現象への感度を高めた。