[論文レビュー] Top Quark Mass Measurements at the Tevatron

G. Brooijmans|ArXiv.org|May 22, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、テバトロンのランI期におけるCDFおよびDØ共同研究のデータを用いてトップクォーク質量の測定をレビューし、結果を統合することで3%の精度に到達した。全チャンネル（レプトン＋ジェット、二レプトン、すべてのハドロン）における運動量フィットと尤度解析の一般的な戦略を提示し、検出器および加速器の向上に伴いランII期で顕著な改善が予想されることを示し、ジェットエネルギー校正の向上と初期状態／最終状態放射のモデル化の改善により、系統的不確かさを2 GeV/c²未満に低減することを目的としている。

ABSTRACT

The general strategy, as well as channel-specific details, applied to the measurement of the top quark mass at the Tevatron in Run I are reviewed, and the combination of the results obtained by the CDF and DO collaborations presented. The accelerator and detector upgrades for Run II are described, and expected improvements in the systematic uncertainties on the measurement evaluated.

研究の動機と目的

• 標準模型の検証とヒッグスボソン質量の制約を目的として、テバトロンで複数の崩壊チャンネルを用いてトップクォーク質量を高精度で測定すること。
• ジェットエネルギースケール校正の向上と初期状態／最終状態放射のモデル化の改善により、トップクォーク質量測定における系統的不確かさを低減すること。
• CDFおよびDØ共同研究の結果を統合し、より正確で一貫性のあるトップクォーク質量値を得ること。
• 向上した検出器および加速器を用いたランIIでの改善を予測し、主な系統的不確かさの低減に注力すること。
• Z→bb̄およびbタグ付きt̄tイベントなどの新しいデータサンプルが、ジェットエネルギースケール校正および全体の精度に与える影響を評価すること。

提案手法

• 全ハドロン、レプトン＋ジェット、二レプトン崩壊チャンネルのすべてにおいて、トップクォーク対候補を最小限のバイアスで抽出するためのイベント選別基準を適用する。
• t̄t生成仮説の下で、ジェットおよびレプトンの運動量からトップクォーク質量を再構築するための運動量フィット（3Cまたは2C）を実行する。
• 信号分布の生成にHERWIGを、W＋ジェット背景のモデル化にVECBOを用いるモンテカルロシミュレーションを実施する。
• データと信号・背景テンプレートを、仮定されたトップクォーク質量のグリッド上で比較する尤度フィットを実行し、最良適合値を抽出する。
• マルチジェット最終状態における信号と背景の分離に、判別変数（例：ニューラルネットワーク、古典的判別式）を実装する。
• Z→ee＋ジェット、γ＋ジェット、Z→bb̄イベントを用いてジェットエネルギースケールを校正し、データ駆動型補正とデータとモンテカルロの相互検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDFおよびDØのランIデータを用いて達成可能なトップクォーク質量測定の最も高精度な値は何か？
• RQ2 全ハドロン、レプトン＋ジェット、二レプトンチャンネルといった異なる崩壊チャンネルが、トップクォーク質量の総合的決定にどのように寄与しているか？
• RQ3 テバトロンにおけるトップクォーク質量測定の主な系統的不確かさは何であり、ランII期にどのように低減できるか？
• RQ4 Z→bb̄およびW＋ジェットイベントを用いたジェットエネルギースケール校正の向上が、系統的不確かさをどの程度低減できるか？
• RQ5 ランIIのアップグレードにより、初期状態および最終状態放射の効果の制御がトップクォーク質量測定にどのように向上するか？

主な発見

• CDFおよびDØのランIの統合測定では、トップクォーク質量が174.3 ± 3.2（統計）± 4.0（系統的）GeV/c²と測定され、3%の精度に到達した。
• レプトン＋ジェットチャンネルにおいて、DØはm(top) = 173.3 ± 5.6（統計）± 5.5（系統的）GeV/c²を報告したが、CDFは175.9 ± 5.1（統計）± 5.3（系統的）GeV/c²を報告し、両者とも一致している。
• CDFの全ハドロンチャンネル測定では、m(top) = 186.0 ± 10.0（統計）± 5.7（系統的）GeV/c²が得られたが、背景が大きく不確かさが高くなっている。
• ランIIでは、Z→bb̄およびbタグ付きt̄tイベントの大規模サンプルを用いて、ジェットエネルギースケール不確かさを1%未満に低減することが期待される。
• 初期状態および最終状態放射のモデル化の改善に加え、より大きなデータサンプルの活用により、この系統的不確かさは顕著に低減すると予想される。
• ランIIの最終目標は、トップクォーク質量の総系統的不確かさを2 GeV/c²未満にまで低減することである。