[논문 리뷰] A Search for ttbar Resonances in the Dilepton Channel in 1.04 fb^-1 of pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV with the ATLAS experiment

M. Petteni|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 29.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 ATLAS 검출기로 7 테바볼트에서의 $pp$ 충돌 1.04 피카바르트의 데이터를 사용하여 이론적 끝점 상태에서 고질량 $t\bar{t}$ 공명을 탐색한다. $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 분포를 분석하고 템플릿 피팅 방법을 적용한 결과, 유의미한 초과가 관측되지 않아 랜달-선드룸 모델에서 칼루차-클라인 글루온 질량에 대해 95퍼센트 신뢰수준에서 0.84 테바볼트의 하한값을 설정한다.

ABSTRACT

A search for a high mass ttbar resonance in pp collisions at sqrt(s) = 7 TeV at the LHC is presented. We search for such a resonance using the final state where the $W$ bosons from the top quark decay into either an electron or a muon (dilepton final state). The data were recorded by the ATLAS experiment during 2011 and correspond to a total integrated luminosity of L = 1.04 fb^-1. No statistically significant excess above the Standard Model expectation is observed. Upper limits at the 95% Confidence Level (C.L.) are set on the cross section times branching ratio of the resonance decaying to ttbar pairs as a function of the resonance mass. A lower mass limit of 0.84 TeV is set for the case of a Kaluza-Klein gluon resonance in the Randall-Sundrum Model.

연구 동기 및 목표

• 7 테바볼트에서의 $pp$ 충돌에서 톰 쿼크 쌍으로 붕괴하는 새로운 고질량 공명을 탐색하기 위해.
• 특히 칼루차-클라인 글루온을 예측하는 모델을 포함한 표준모형을 초월한 물리학을 탐구하기 위해.
• 95퍼센트 신뢰수준에서 $t\bar{t}$ 공명 생성 단면적과 분해비의 곱에 대한 상한을 설정하기 위해.
• 관측된 데이터와 시뮬레이션된 배경을 기반으로 랜달-선드룸 칼루차-클라인 글루온의 질량 하한값을 유도하기 위해.

제안 방법

• 분류 관측량으로서 $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 변수를 사용하며, 여기서 $H_{\mathrm{T}}$ 는 25 기리론 이상의 렙톤과 제트의 횡방향 운동량의 스칼라 합이다.
• 이벤트 선별 조건으로는 반대 전하를 가진 두 렙톤(e 또는 μ), 최소 두 개의 제트, 그리고 끝점 상태(ee, μμ, 또는 eμ)에 따라 달라지는 특정한 $E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 와 $H_{\mathrm{T}}$ 임계값이 필요하다.
• 배경은 $t\bar{t}$, $Z$+제트, 이이온, 단일 톰 쿼크에 대해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 모델링하며, 가짜 렙톤 기여는 오진식별 비율을 이용해 데이터로부터 추정한다.
• 체계적 불확실성은 렙톤 및 제트 에너지 스케일, 재구성 효율, 부분자분포함수, 생성기/모델 의존성에 대해 평가되며, 이는 우도 피팅에 부수적 매개변수로 포함된다.
• 표본화된 포isson 우도 함수를 구성하여 표준모형 예측과 신호 가설을 비교하고, 프로파일 우도 비율 검정을 사용하여 p-값과 $\sigma \times \text{BR}$ 의 상한을 계산한다.
• 생산 단면적과 분해비의 곱에 대한 상한은 $g_{qqg_{KK}}/g_s$ 를 0.2에서 0.35 사이로 변화시켜 랜달-선드룸 칼루차-클라인 글루온의 질량 하한값으로 변환한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 실험은 7 테바볼트에서 이론적 끝점 상태의 새로운 $t\bar{t}$ 공명에 대해 어떤 민감도를 가지는가?
• RQ2 직접 톰 쿼크 질량 재구성 없이 $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 분포는 신호와 배경을 어떻게 구분하는가?
• RQ3 95퍼센트 신뢰수준에서 $t\bar{t}$ 공명의 생산 단면적과 분해비의 곱에 대한 상한은 무엇인가?
• RQ4 이 데이터 샘플을 기반으로 랜달-선드룸 모델에서 칼루차-클라인 글루온의 질량 하한값은 얼마인가?

주요 결과

• 표준모형 배경 이외의 통계적으로 유의미한 초과는 $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 분포에서 관측되지 않았다.
• 신호 가설(KK 글루온)에 대한 p-값은 0.4로, 표준모형 전용 예측과 일치한다.
• 공명 질량에 따라 $t\bar{t}$ 공명 단면적과 분해비의 곱에 대한 95퍼센트 신뢰수준 상한이 설정되었다.
• 랜달-선드룸 모델의 경우 관측된 데이터를 기반으로 칼루차-클라인 글루온에 대해 0.84 테바볼트의 질량 하한값이 설정되었다.
• 기대되는 하한값은 $g_{qqg_{KK}}/g_s = 0.20$ 일 때 0.80 테바볼트에서 $g_{qqg_{KK}}/g_s = 0.35$ 일 때 1.02 테바볼트 사이이며, 관측된 하한값은 기대값보다 略로 낮다.
• 주요 체계적 불확실성은 제트 에너지 스케일(7%), 렙톤 식별 및 트리거 효율(4%), $t\bar{t}$ 생성기 모델링(4%)에서 기인하며, 루미노시티 불확실성은 3.7%이다.