[논문 리뷰] Measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt{s} = 1.96 TeV

I. A. Bertram, G. Borissov외 3명|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 페르미랩의 D0 검출기에서 √s = 1.96 TeV에서 양성자-반양성자 충돌에서 토퍼 쿼크 쌍(tt̄) 생성 단면적을 측정한다. 0.9 fb⁻¹의 데이터를 바탕으로, b-태깅과 운동량 이론적 유사도 판별자를 사용한 레프톤+jets 채널에서 단면적을 7.62 ± 0.85 pb로 보고하며, 이론 예측과 비교하여 토퍼 쿼크 질량을 170 ± 7 GeV로 추정한다.

ABSTRACT

We measure the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt{s}=1.96 TeV in the lepton+jets channel. Two complementary methods discriminate between signal and background, b-tagging and a kinematic likelihood discriminant. Based on 0.9 fb-1 of data collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron Collider, we measure sigma_ttbar=7.62+/-0.85 pb, assuming the current world average m_t=172.6 GeV. We compare our cross section measurement with theory predictions to determine a value for the top quark mass of 170+/-7 GeV.

연구 동기 및 목표

• √s = 1.96 TeV에서 D0 검출기를 사용하여 양성자-반양성자 충돌에서 토퍼 쿼크 쌍 생성 단면적을 측정하는 것.
• b-태깅과 운동량 이론적 유사도 판별자를 사용하여 레프톤+jets 최종 상태에서 배경 기여를 줄이는 것.
• 측정된 단면적을 이론 예측과 비교하여 토퍼 쿼크 질량의 값을 추출하는 것.
• 실험적 단면적 데이터를 사용하여 토퍼 쿼크 질량 결정의 정밀도를 향상시키는 것.
• 측정된 단면적이 세계 평균 토퍼 쿼크 질량 172.6 GeV와 일관된지 검증하는 것.

제안 방법

• 분석은 토퍼 쿼크 쌍의 레프톤+jets 붕괴 채널을 사용하며, 한 개의 고운동량 전하 레프톤과 최소 네 개의 제트를 포함하는 이벤트를 선별한다.
• b-태깅은 바텀 쿼크에서 기인한 제트를 식별하여 신호 감도를 높이고 QCD 다중제트 배경을 억제한다.
• 재구성된 토퍼 쿼크 및 W 보손 질량을 사용하여 운동량 이론적 유사도 판별자를 구성하여 신호와 배경 이벤트를 구분한다.
• 단일화된 최대우도 방법을 사용하여 판별자 분포에서 신호 및 배경 기여를 피팅함으로써 단면적을 추출한다.
• 이론적 예측된 tt̄ 단면적을 토퍼 쿼크 질량의 함수로 사용하여 최적의 질량 값 추정을 수행한다.
• 시스템적 불확실성은 전용 제어 샘플과 재구성 및 선별 기준의 변형을 통해 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 1.96 TeV에서 레프톤+jets 채널에서 양성자-반양성자 충돌에서 측정된 토퍼 쿼크 쌍 생성 단면적은 얼마인가요?
• RQ2 b-태깅과 운동량 이론적 유사도 판별자는 tt̄ 이벤트 선별에서 신호-배경 분리에 어떻게 기여합니까?
• RQ3 측정된 단면적을 이론 예측과 비교했을 때 추정되는 토퍼 쿼크 질량은 얼마입니까?
• RQ4 측정된 단면적은 세계 평균 토퍼 쿼크 질량 172.6 GeV와 얼마나 일치합니까?
• RQ5 단면적 측정의 정밀도는 얼마이며, 토퍼 쿼크 질량 결정에 어떤 영향을 미칩니까?

주요 결과

• D0 검출기가 수집한 0.9 fb⁻¹의 데이터를 바탕으로 측정된 토퍼 쿼크 쌍 생성 단면적은 7.62 ± 0.85 pb이다.
• 이론 예측과 비교했을 때 측정된 단면적은 세계 평균 토퍼 쿼크 질량 172.6 GeV와 일치한다.
• 단면적 측정의 정밀도는 약 11%이며, 주로 통계적 및 시스템적 불확실성에 의해 결정된다.
• 측정된 단면적을 이론과 비교하여 토퍼 쿼크 질량을 170 ± 7 GeV로 추정하였으며, 이는 불확실성 범위 내에서 일관성을 보인다.
• b-태깅과 운동량 이론적 유사도 판별자를 동시에 사용함으로써 신호 순도 향상과 배경 억제가 크게 향상되었다.
• 결과는 테바트론 충돌에서 흔히 볼 수 있는 고다중성, 고배경 환경에서 측정 기법의 강건성을 보여준다.