[論文レビュー] Study of Systematic Uncertainties of Single Top Production at ATLAS

G. Khoriauli|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ATLASで単一トップクォーク断面積測定における系統的不確実性を、モンテカルロシミュレーションおよび主要要因（PDF、bクォークフラグメンテーション、ジャットエネルギー補正、バックグラウンド正規化）の再重み付け技術を用いて定量的に評価している。1 fb⁻¹および10 fb⁻¹のフルエンスで、多変量解析により全系統的不確実性をtチャネルで9.8%、sチャネルで48.0%、Wtチャネルで19.4%に低減した。バックグラウンド正規化が主な寄与要因であった。

ABSTRACT

Sytematic uncertainties to the single top production cross section measurement at the ATLAS experiment has been studied. Different sources of systematic uncertainties such as detector luminosity, jet energy calibration, SM background normalization, PDF parameterization and others have been considered. Large scale Monte-Carlo events simulation has been performed to estimate the contribution of each source in the overall uncertainty. The study was done for cut based analysis as well as for multivariate analysis of the single top measurements in ATLAS. The total systematic uncertainties of the single top cross-section measurements in its three production channels have been estimated at 1 $\mathrm{fb}^{-1}$ and 10 $\mathrm{fb}^{-1}$ integrated luminosity of the LHC.

研究の動機と目的

• ATLASにおける単一トップクォーク断面積測定に影響を及ぼす複数の系統的不確実性の影響を評価すること。
• カットベース手法と多変量解析手法の両方が系統的効果を最小限に抑える性能を評価すること。
• PDFの不確実性、bクォークフラグメンテーション、ジャットエネルギー補正、バックグラウンド正規化の各要因が全不確実性に与える寄与を定量すること。
• 大規模なシミュレーションが困難な場合に、PDFおよびbフラグメンテーションの不確実性を再重み付け法で推定すること。
• お手本モンテカルロ法を用いて、1 fb⁻¹および10 fb⁻¹の統合フルエンスにおける全系統的不確実性を推定すること。

提案手法

• 単一トップ生成およびトップ反トップバックグラウンドをシミュレートするために、MC@NLOおよびAcerMCジェネレータを用い、CTEQ6.1 NLO PDF誤差セットを採用した。
• 中央値からの代替PDF誤差セットに基づくイベント重みを計算することで、再重み付け技術を用いてPDF不確実性を推定した。
• ペテルソンモデルとランド＝ブラウアー・モデル間のbタギング効率のばらつきを二項確率を用いて計算し、bフラグメンテーション不確実性を算出した。
• バックグラウンドおよび効率をガウス誤差内でランダムに変化させることで、お手本モンテカルロシミュレーションを通じて個々の系統的効果を伝搬した。
• 全系統的寄与を組み合わせるためのマスターフォーミュラを用い、シミュレートされた分布のRMSから全不確実性を導出した。
• カットベースおよび多変量解析の両方の不確実性推定を実施し、後者を用いて単純な運動的カットを超えた信号選択を最適化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PDF、bフラグメンテーション、ジャットエネルギー補正、バックグラウンド正規化といった各系統的不確実性要因が、単一トップ断面積測定における全不確実性に果たす相対的寄与は何か？
• RQ2 1 fb⁻¹および10 fb⁻¹の統合フルエンスにおいて、単一トップ生成のt-、s-、Wtチャネルにおける系統的不確実性はどのように統合フルエンスに応じて変化するか？
• RQ3 多変量解析は、従来のカットベース選択と比較して、単一トップクォーク測定における系統的不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ4 PDFおよびbフラグメンテーション不確実性を推定するために再重み付け法が、極めて大きなモンテカルロサンプルを必要としない状況でどの程度有効であるか？
• RQ5 単一トップ断面積測定における全不確実性の主な要因は何か。また、その要因はどのように軽減できるか？

主な発見

• バックグラウンド正規化が、全チャネルにおいて単一トップ断面積測定における主な系統的不確実性要因であった。
• 1 fb⁻¹では、多変量解析を用いた場合、tチャネルで21.7%、sチャネルで95.0%、Wtチャネルで48.0%の全系統的不確実性が得られた。
• 10 fb⁻¹では、系統的不確実性はtチャネルで9.8%、sチャネルで48.0%、Wtチャネルで19.4%に低下し、フルエンスの増加に伴う顕著な改善が確認された。
• 再重み付け法により、膨大な追加モンテカルロシミュレーションを必要とせずに、PDFおよびbフラグメンテーション不確実性を高精度で推定できた。
• sチャネルは信号収率が低くバックグラウンドの汚染が顕著なため、最も大きな系統的不確実性を示し、正確な測定が最も困難なチャネルであった。
• 多変量解析は、単純な運動的カットを超えた信号選択を最適化することで、特にt-およびWtチャネルにおいてカットベース解析と比較して系統的不確実性を低減した。