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

C. Schwanenberger|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、√s = 1.96 TeVで最大5.7 fb⁻¹のデータを用いて、フェルミラブ・テバトロンにおけるトップクォーク対およびシングルトップクォーク生成測定をレビューする。トポロジカルおよびbタギング技術を用いた高精度な断面積測定を行い、6%の精度で標準模型（SM）の予測を確認し、フラバーを変えない中性荷電現在（FCNC）など、新しい物理学の厳しい制限を設定した。トップ系における標準模型を超える物理学の証拠は得られなかった。

ABSTRACT

This review gives an overview of most recent measurements of top quark production cross sections including differential cross sections and searches for new physics in the top quark sector. Datasets corresponding to an integrated luminosity of up to 5.7 fb-1 are presented which were taken at the Tevatron proton-antiproton collider at a center-of-mass energy of sqrt(s)=1.96 TeV at Fermilab.

研究の動機と目的

• テバトロンにおけるトップクォーク対およびシングルトップクォーク生成断面積を高精度で測定すること。
• 微分断面積を用いて、ソフトグルーオンの再縮小を含む高次のQCD計算、特にNNLLレベルの再縮小をテストすること。
• 特にトップクォーク崩壊およびフラバーを変えない中性荷電現在において、標準模型を超える新しい物理学を探索すること。
• 標準模型の仮定に依存せずに、個々のシングルトップクォーク生成チャネル（sチャネルおよびtチャネル）を独立して分離・測定すること。
• トップクォーク崩壊からのCKM行列要素|Vtb|を、より高い感度で決定すること。

提案手法

• 多ジェット最終状態において、運動量判別子（例：ランダムフォレストから得たBDT）を用いた、ビン化された最尤フィットを実施し、トップクォーク信号とバックグラウンドを区別する。
• 信号感度を向上させるために、'カウント'手法にbタギングを適用し、システムティック不確かさはガウスノイズパラメータとしてモデル化する。
• FCNC探索において、信号とバックグラウンドを分離するために、レプトンのフレーバー、ジェット多重度、データ取得期間ごとに訓練されたベイジアンニューラルネットワーク（BNN）を用いる。
• 標準模型比に仮定を置かずに、sチャネルおよびtチャネルのシングルトップクォーク断面積を同時に抽出する。これにより、モデルに依存しないtチャネル測定が可能になる。
• 信号、バックグラウンド、データ分布を組み込んだ2次元ベイジアン後確率密度を用いて、FCNCカップリングの制限を設定する。
• CDFおよびD0共同研究の結果を統合し、統計的精度を向上させるとともに、システムティック不確かさを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる崩壊チャネルにおけるトップクォーク対生成断面積は測定されたか？ また、標準模型の予測と一致するか？
• RQ2 tチャネルのシングルトップクォーク生成断面積はsチャネルに依存せずに独立して測定可能か？ また、標準模型と一致するか？
• RQ3 トップクォーク生成におけるフラバーを変えない中性荷電現在カップリングの制限は何か？ 1 TeVスケールの新しい物理学をどの程度制限するか？
• RQ4 ソフトグルーオン再縮小を含む高次のQCD計算（特にNNLLレベル）は、トップクォーク対生成の微分断面積をどの程度よく記述するか？
• RQ5 CKM行列要素|Vtb|の測定値は何か？ また、トップクォーク崩壊における新しい物理学をどの程度制限するか？

主な発見

• トポロジカル手法を用いたトップクォーク対生成断面積はσ(tt̄) = 7.70⁺⁰.⁷⁹₋₀.⁷⁰ pbとして測定され、標準模型の予測と整合的である。
• bタギングカウント手法を用いた場合、σ(tt̄) = 7.93⁺¹.⁰⁴₋₀.⁹¹ pbが得られ、全不確かさを含めて約6%の精度である。
• tチャネルのシングルトップクォーク生成断面積は、4.8σの有意度で直接測定され、σ(t-channel) = 3.14⁺⁰.⁹⁴₋₀.⁸¹ pbであり、標準模型の予測を確認した。
• CKM行列要素|Vtb|は0.88 ± 0.07として抽出され、標準模型のユニタリティ制限と整合的である。
• フラバーを変えない中性荷電現在カップリングの証拠は得られなかった。上界はκtgu/Λ < 0.013 TeV⁻¹およびκtgc/Λ < 0.057 TeV⁻¹として設定された。
• トップクォーク対生成の微分断面積は、NNLLレベルのソフトグルーオン再縮小を含むNLO QCD計算と、改善された一致を示し、高次のQCD補正の妥当性を裏付けた。