[논문 리뷰] Measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV using events with large Missing E_T and jets

T. Aaltonen|arXiv (Cornell University)|2011. 05. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 CDF II 검출기에서 확보한 2.2 fb⁻¹의 데이터를 사용하여 √s = 1.96 TeV에서 양성자-반양성자 충돌에서 토프 쿼크 쌍(tt̄) 생성 단면적을 측정한다. 큰 부족 가로운동량과 높은 제트 다수성을 선택하고 전자 및 뮤온을 배제하여 타우 붕괴 기여를 강화함으로써, 신경망과 제2차 정점 태깅을 활용하여 측정된 단면적은 m_top = 172.5 GeV/c²에서 7.99 ± 0.55 (통계) ± 0.76 (계측) ± 0.46 (광도) pb로 나타나 표준모형 예측과 일치한다.

ABSTRACT

In this paper we report a measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV using data corresponding to an integrated luminosity of 2.2fb-1 collected with the CDF II detector at the Tevatron accelerator. We select events with significant missing transverse energy and high jet multiplicity. This measurement vetoes the presence of explicitly identified electrons and muons, thus enhancing the tau contribution of ttbar decays. Signal events are discriminated from the background using a neural network, and heavy flavor jets are identified by a secondary-vertex tagging algorithm. We measure a ttbar production cross section of 7.99 +/- 0.55(stat) +/- 0.76(syst) +/- 0.46(lumi) pb, assuming a top mass m_top = 172.5 GeV/c^2, in agreement with previous measurements and standard model predictions.

연구 동기 및 목표

• √s = 1.96 TeV에서의 pp̄ 충돌에서 타우 붕괴를 포함한 신호로 풍부한 서명을 사용하여 토프 쿼크 쌍 생성 단면적을 측정한다.
• 명시적으로 식별된 전자 및 뮤온을 배제하여, 레프톤 붕괴 기여를 억제하고 타우 레프톤을 포함한 tt̄ 붕괴에 대한 민감도를 향상시킨다.
• 이벤트 운동학 및 제트 특성에 기반한 신경망을 활용하여 신호 구분 능력을 향상시킨다.
• 제2차 정점 태깅 알고리즘을 사용하여 b-쿼크 제트를 식별함으로써 tt̄ 신호 순도를 향상시킨다.
• 통계, 계측, 광도 오차를 포함한 정밀한 단면적 측정 결과를 보고한다.

제안 방법

• 큰 부족 가로운동량(E_T^miss)과 높은 제트 다수성을 기반으로 이벤트를 선택하여, 비가시 입자를 포함한 tt̄ 붕괴에 대한 민감도를 높인다.
• 전자 및 뮤온을 명시적으로 배제하여 레프톤 붕괴 기여를 억제하고, 타우로 시작하는 붕괴의 상대적 비율을 높인다.
• 운동학 및 기하학적 변수를 사용하여 다변량 신경망을 훈련시켜 QCD 및 전자약력 배경과 tt̄ 신호 이벤트를 구분한다.
• b-하드론 붕괴에서 기인한 제트를 식별하기 위해 제2차 정점 태깅을 적용하여 tt̄ 이벤트와 경량 쿼크 및 글루온 제트 간의 분리도 향상시킨다.
• 신경망 출력 분포에 대한 데이터 피팅을 통해 단면적을 추출하며, 통합 광도 2.2 fb⁻¹로 정규화한다.
• 제트 에너지 스케일, 부족 E_T 해상도, 배경 모델링, 광도에 대한 계측 불확실성을 평가하며, 최종 결과는 m_top = 172.5 GeV/c²에서 보고된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 1.96 TeV에서의 pp̄ 충돌에서 큰 부족 E_T와 높은 제트 다수성을 가진 이벤트를 사용하여 측정된 토프 쿼크 쌍 생성 단면적은 얼마인가요?
• RQ2 전자 및 뮤온에 대한 배제 전략이 타우 붕괴 모드의 tt̄ 신호 기여를 얼마나 효과적으로 향상시키나요?
• RQ3 이 구조에서 다변량 신경망은 주요 QCD 및 전자약력 배경과의 분리 능력을 얼마나 향상시킬 수 있나요?
• RQ4 이 고다수성·고E_T^miss 환경에서 제2차 정점 태깅은 b-제트 식별에 얼마나 잘 작동하나요?
• RQ5 측정된 단면적은 m_top = 172.5 GeV/c²에서 표준모형 예측과 일치합니까?

주요 결과

• 측정된 토프 쿼크 쌍 생성 단면적은 통계, 계측, 광도 오차 각각 ±0.55, ±0.76, ±0.46 pb로 7.99 pb이다.
• 결과는 표준모형 예측과 양호한 일치를 보이며, 테바트론에서 이전에 수행된 측정과도 일치한다.
• 부족 E_T와 고다수성 제트를 조합하고 레프톤 배제를 적용함으로써, 타우 레프톤을 포함한 tt̄ 붕괴에 대한 민감도 향상에 성공했다.
• 신경망 기반 분석은 효과적인 배경 억제를 달성하여 청소된 신호 추출을 가능하게 하였다.
• 제2차 정점 태깅은 신뢰성 있는 b-제트 식별을 제공하여, 더 높은 신호 순도 향상에 기여하였다.
• 최종 단면적 측정 결과는 세계 평균 및 이론적 예측과 일치하는 172.5 GeV/c²의 토프 쿼크 질량에서 보고되었다.