[논문 리뷰] Calibration of the light-flavour jet mistagging efficiency of the $b$-tagging algorithms with $Z$+jets events using 139 $\mathrm{fb}^{-1}$ of ATLAS proton-proton collision data at $\sqrt{s} = 13$ TeV

Aad, Georges, Abbott, Braden Keim외 2970명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 ATLAS $b$-태깅 알고리즘에서 경성 조각의 제트 오태깅 비율을 보정하기 위한 데이터 기반 보정을 제시한다. 139 fb$^{-1}$의 $pp$ 충돌 데이터와 $√s = 13$ TeV에서 수행된 분석에서, 수정된 '플립 태거' 알고리즘을 사용하고 $Z$+제트 사건에서 제트의 성분 감지에 민감한 제2의점 질량을 피팅함으로써, $b$-제트와 경성 제트 오태깅 비율을 동시에 보정한다. 이 방법은 무거운 쿼크 제트 모델링에 기인한 불확실성을 감소시키며, 결과적으로 불확실성 범위 내에서 단위와 일치하는 스케일 팩터를 도출한다.

ABSTRACT

The identification of $b$-jets, referred to as $b$-tagging, is an important part of many physics analyses in the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider and an accurate calibration of its performance is essential for high-quality physics results. This publication describes the calibration of the light-flavour jet mistagging efficiency in a data sample of proton-proton collision events at $\sqrt{s}=13$ TeV corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$. The calibration is performed in a sample of $Z$ bosons produced in association with jets. Due to the low mistagging efficiency for light-flavour jets, a method which uses modified versions of the $b$-tagging algorithms referred to as flip taggers is used in this work. A fit to the jet-flavour-sensitive secondary-vertex mass is performed to extract the scale factor from data, while simultaneously correcting the $b$-jet efficiency. With this procedure the heavy-flavour uncertainties are considerably lower than in previous calibrations of the mistagging scale factors, where they were dominant. The scale factors obtained in this calibration are consistent with unity within uncertainties.

연구 동기 및 목표

• ATLAS 런 2 물리 분석에서 사용되는 $b$-태깅 알고리즘에서 경성 제트 오태깅 비율 보정의 정확도를 향상시키기 위해.
• 이전 보정 방법에서 주로 기인한 무거운 쿼크 제트 모델링에 기인한 시스템적 불확실성을 감소시키기 위해.
• 특정 $Z$+제트 사건 데이터를 이용해 $b$-제트 효율성과 경성 제트 오태깅 효율성을 동시에 보정하기 위해.
• 명시적 태거 성능과 플립 태거 성능 간의 외삽을 데이터 기반 기법으로 검증하기 위해.

제안 방법

• 139 fb$^{-1}$의 $pp$ 충돌 데이터에서 $√s = 13$ TeV 조건에서 $Z$+제트 사건을 사용하여 오태깅 경성 제트가 다수 포함된 샘플을 확보한다.
• $b$-제트 및 $c$-제트 태깅 효율성을 낮추지만 경성 제트 오태깅 효율성을 유지하는 수정된 '플립 태거' 알고리즘을 적용한다.
• 제트의 성분 감지에 민감한 제2의점 질량 분포에 대한 피팅을 수행하여 $b$-제트 및 경성 제트 오태깅 효율성의 스케일 팩터를 추출한다.
• 데이터 기반 스케일 팩터를 사용하여 시뮬레이션에서의 $\varepsilon_b$와 $\varepsilon_{\text{light}}$를 동시에 보정함으로써 모델링 불확실성을 감소시킨다.
• 시뮬레이션 기반 태깅 효율성을 보정하기 위해 $\text{SF}_f = \varepsilon_f^{\text{data}} / \varepsilon_f^{\text{MC}}$ 정의를 적용한다.
• 저수준 알고리즘 보정 기반의 보다 다른 데이터 기반 방법을 사용하여 명시적 태거와 플립 태거 성능 간의 외삽이 타당한지 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 데이터 샘플이 $b$-제트에 의해 지배될 경우 경성 제트 오태깅 비율을 어떻게 정확하게 보정할 수 있는가?
• RQ2 무거운 쿼크 제트 모델링에 기인한 불확실성은 이전 오태깅 비율 보정 방법에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 동시에 $b$-제트 효율성과 경성 제트 오태깅 효율성을 보정할 수 있다면 정밀도 향상과 시스템적 불확실성 감소에 기여할 수 있는가?
• RQ4 오태깅 비율 보정의 맥락에서 플립 태거 성능과 명시적 태거 성능 간의 상호 외삽은 얼마나 잘 이루어지는가?

주요 결과

• 경성 제트 오태깅 스케일 팩터 ($\text{SF}_{\text{light}}$)는 불확실성 범위 내에서 단위와 일치함을 측정하여, 보정 후 데이터와 시뮬레이션 간의 양호한 일치를 나타낸다.
• $b$-제트 효율성 스케일 팩터 ($\text{SF}_b$) 역시 데이터로부터 추출되어 시뮬레이션 기반 추정에 대한 의존도를 낮추고 관련 불확실성을 감소시켰다.
• 무거운 쿼크 제트 모델링에 기인한 시스템적 불확실성은 이전 보정 방법에 비해 크게 감소하였으며, 이는 이전에는 총 불확실성의 주요 기여 요소였다.
• $Z$+제트 사건을 사용한 보정 방법은 비스케일링된 렙톤 트리거를 사용할 수 있게 하여 이전의 단일 제트 트리거에 비해 데이터 통계와 정밀도를 향상시켰다.
• $b$-제트 및 경성 제트 오태깅 효율성의 스케일 팩터는 다양한 제트 $p_T$ 및 $\eta$ 영역에서 안정적이며, 이는 방법의 강건성을 나타낸다.
• 데이터 기반 검증 방법은 명시적 태거와 플립 태거 성능 간의 외삽이 신뢰할 수 있음을 확인하여 보정의 일관성을 뒷받침한다.