[論文レビュー] Top quark production at ATLAS and CMS

L. Lista|arXiv (Cornell University)|May 20, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCのATLASおよびCMS実験におけるトップクォーク生成測定の包括的レビューを提示しており、√s = 7および8 TeVにおけるシングルトップおよびトップ反トップ対生成に焦点を当てている。高度な多次元解析手法とデータ駆動型バックグラウンドモデルを用いて、両実験は高精度な断面積測定を達成した。その結果は、次-leading order QCD予測と極めて良好に一致し、|Vtb|および異常カップリングに対する厳密な制約が得られ、標準模型の精密検証が進んだ。

ABSTRACT

A review of the main recent results on top quark production from the ATLAS and CMS experiments is presented. Results on both electroweak single top quark production and strong top pair production are presented.

研究の動機と目的

• ATLASおよびCMSによるLHCにおけるトップクォーク生成の最新実験結果を提示すること。
• さまざまな最終状態におけるシングルトップおよびトップ反トップ対生成断面積の高精度測定を実施すること。
• シングルトップ生成を介してCKM行列要素|Vtb|を決定し、異常カップリングを探索することで、標準模型の検証を行うこと。
• トップクォークの希少崩壊およびフラーバー変換を伴う中性荷電現在の測定を行い、標準模型を超える新しい物理を探る。
• 微分分布との比較を通じてモンテカルロジェネレータを検証し、トップクォーク生成におけるQCDダイナミクスの理解を深めること。

提案手法

• シングルトップ信号と支配的バックグラウンドを分離するために、ニューラルネットワークおよびブーストされた意思決定木（BDT）を含む多次元解析手法を用いた。
• 特にシングルトップ解析における横方向運動量欠損分布を用いて、データ駆動型手法でマルチジェットバックグラウンドをモデル化した。
• 定義された運動量領域内でのフィデューシャル断面積測定を実施し、モンテカルロジェネレータの推定値を用いて包含的断面積に外挿した。
• t̄t断面積測定における系統的不確実性を低減するために、データから得たイン・サイトbタギング効率を決定した。
• 複雑な最終状態（例：t̄tt̄t や t̄tγ）におけるトップクォーク崩壊を特定するための専用BDTを用い、信号感度を向上させた。
• 観測データ分布に対するプロファイル尤度フィットを用いて、95%信頼水準で希少過程（例：sチャネルシングルトップ、t̄tt̄t）の上限を設定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 8 TeVにおけるシングルトップおよびトップ反トップ対生成断面積の最も高精度な測定値は何か？
• RQ2 次Leading Order QCD予測およびさまざまなモンテカルロジェネレータは、トップクォーク生成における観測された微分分布をどの程度よく再現するか？
• RQ3 CKM行列要素|Vtb|の測定値は何か？また、tWb頂点における新しい物理の制約にどのように寄与するか？
• RQ4 トップクォークのフラーバー変換を伴う中性荷電現在の崩壊（例：t → gu, gc, Z u, Z c）の上限は何か？
• RQ5 追加のジェット、ベクトルボソン、または光子を伴うt̄t生成の断面積比および上限は何か？

主な発見

• ATLASは、tチャネルシングルトップのフィデューシャル断面積をσ_fid. = 3.37 ± 0.05(stat.) ± 0.47(syst.) ± 0.09(lum.) pbとして測定し、NLO理論および複数のMCジェネレータと整合した。
• ATLASは、tチャネルの包含的断面積をσ_t-ch. = 82.6 ± 1.2(stat.) ± 11.4(syst.) ± 3.1(pdf) ± 2.3(lum.) pbとして測定し、NLO予測と一致した。
• CMSは、tチャネル断面積をσ_t-ch. = 83.6 ± 2.3(stat.) ± 7.4(syst.) pbとして測定し、トップと反トップ生成断面積比σ_t/σ_t̄ = 1.95 ± 0.10(stat.) ± 0.19(syst.)を示した。
• CMSは、8 TeVにおけるtW生成の観測を初めて達成し、σ_tW = 24.5+5.5−5.4 pb（6.1σの有意性、5.4予想）を測定した。
• ATLASは、sチャネルシングルトップ生成に対して95%信頼水準で上限σ_s-ch. < 11.5 pbを設定し、これは標準模型予測の2.1倍に相当した。
• CMSが7および8 TeVで得た|Vtb|の統合測定は4.1%の精度に達し、σ_t-ch. = 0.998 ± 0.038(exp.) ± 0.016(th.)という結果は、標準模型と整合的であることを示した。