[論文レビュー] Study of ttbb and ttW background modelling for ttH analyses

L. Ferencz, K. Grevtsov+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ATLASおよびCMSのデータを用いた $t\bar{t}H$ 分析における $t\bar{t}b\bar{b}$ および $t\bar{t}W$ 背景のモンテカルロシミュレーションを比較し、ジェネレータ設定、スケール不確かさ、パートンシャワーマッチングの違いを評価している。主な成果として、直接的な実験的比較を可能にするために共通の基準 $t\bar{t}W$ 戦断の $722^{+70}_{-78}$ fb が得られた。

ABSTRACT

This note presents Monte Carlo generator comparisons of the ttbb and ttW processes at particle level. The aim is to compare the modelling of important backgrounds to ttH measurements in multi-lepton final states and in the ttH(H->bb) decay channel and the treatment of the associated theory uncertainties for a combination of the full Run-2 ttH results from ATLAS and CMS. As a first step, modelling and theory uncertainties as used in ATLAS an CMS are compared in the relevant analysis regions. Significant differences in the treatment of systematic uncertainties between the experiments have been observed in ttbb and ttW. As a first step, ATLAS and CMS agreed on a common reference value of the inclusive ttW cross section to allow direct comparisons between experiments.

研究の動機と目的

• Run-2 データにおける $t\bar{t}H$ 表面測定のため、ATLAS と CMS の間で $t\bar{t}b\bar{b}$ および $t\bar{t}W$ 背景モデル化を比較すること。
• 特にスケールおよびパートンシャワー効果に関する理論的不確かさの取り扱いの差異を特定および定量すること。
• 直接的な比較および将来的な組み合わせを可能にするために、共通の基準 $t\bar{t}W$ 戦断を確立すること。
• 異なる MC ジェネレータ、マージングスキーム（例：FxFx）、電弱補正が微分分布に与える影響を評価すること。
• 実験間で統一された理論的不確かさ推定戦略を $t\bar{t}H$ 組み合わせ測定に導入すること。

提案手法

• ATLAS および CMS の $t\bar{t}H$ 分析に関連するフェーズスペースにおける安定粒子レベル分布を比較するために、Rivet 分析ツールキットを用いた。
• 複数の MC ジェネレータを評価：MG5_aMC@NLO + Pythia8（FxFx あり・なし）、Sherpa 2.2.10、および $t\bar{t}b\bar{b}$ および $t\bar{t}W$ のための Powheg-Box-Res。
• 特徴的な領域における包含戦断および正規化された微分分布を比較し、$H_{\text{T}}$、ジェット多重度、およびレプトン/ジェット運動量に注目した。
• 反比例スケールおよび因子化スケールを中央値の ±50% で変化させることでスケール不確かさを評価した。
• 樹形レベル電弱補正の導入効果およびパートンシャワー・チューンやマージングスケールの違いの影響を評価した。
• 実験間での予測を正規化および比較するために、Ref. [50] の $t\bar{t}W$ 戦断を基準値として用いた。

Figure 1: Examples of tree-level Feynman diagrams for $t\bar{t}b\bar{b}$ (left) and $t\bar{t}W$ (right).

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS と CMS は、ジェネレータ選択および不確かさの取り扱いの観点から、$t\bar{t}b\bar{b}$ および $t\bar{t}W$ 背景をどのように異なる方法でモデル化しているか？
• RQ2 MG5_aMC@NLO+Pythia8、Sherpa、Powheg-Box-Res の $t\bar{t}W$ 予測における形状および正規化の違いの主な要因は何か？
• RQ3 FxFx マージング、パートンシャワーチューン、マージングスケールの選択が、ジェット多重度および $H_{\text{T}}$ 分布にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 樹形レベル電弱補正が $t\bar{t}W$ の微分分布に与える影響はどの程度顕著か？
• RQ5 ATLAS および CMS の $t\bar{t}H$ 結果の一貫性ある比較および組み合わせを可能にするために、共通の基準 $t\bar{t}W$ 戦断を確立できるか？

主な発見

• MG5_aMC@NLO+Pythia8（FxFx）と Sherpa 2.2.10 の間で、特にジェット多重度および $H_{\text{T}}$ 分布において、$t\bar{t}W$ 戦断の予測に顕著な差異が認められた。
• 包含 $t\bar{t}W$ 戦断は、$722^{+70}_{-78}$ fb（スケール）±7 fb（PDF）として合意され、実験間比較のための共通基準として機能した。
• 正規化された分布におけるスケール不確かさは、大多数の領域で10%未満であったが、受容性効果を含めた場合に顕著になった。
• 樹形レベル電弱補正は、高多重度ジェット領域で最大20%の戦断差異を引き起こしたが、形状への影響は一般的に小さかった。
• MG5_aMC@NLO+Pythia8 における FxFx マージングスキームは、低 $H_{\text{T}}$ で顕著な影響を及ぼし、ATLAS と CMS の予測間に顕著な差異を生じさせた。
• 摂動的精度が類似しているにもかかわらず、マージングスケールや Pythia8 チューンの違いがジェット活動の差異を説明できる可能性があり、さらなる調査が求められる。

Figure 2: Comparison of PP8 predictions for $t\bar{t}b\bar{b}$ and $t\bar{t}$ with the described settings using the observables defined in Table 4 in the fiducial analysis phase space. All predictions are normalised to one. The error bands are constructed from the statistical uncertainties and the s