[论文解读] 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)|Nov 29, 2011

High-Energy Particle Collisions Research被引用 7

一句话总结

本研究利用ATLAS探测器在 $\sqrt{s} = 7$ TeV 下的 1.04 fb$^{-1}$ $pp$ 碰撞数据，搜索了二轻子末态中的高质​​量 $t\bar{t}$ 共振态。通过分析 $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 分布并应用模板拟合方法，未观测到显著过量，因此在Randall-Sundrum模型中，对Kaluza-Klein胶子质量的95%置信水平下限为0.84 TeV。

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.

研究动机与目标

• 在 $\sqrt{s} = 7$ TeV 的 $pp$ 碰撞中，搜索衰变为顶夸克对的新高质​​量共振态。
• 探索标准模型之外的物理，特别是预测 $t\bar{t}$ 共振态的模型，如Kaluza-Klein胶子。
• 在95%置信水平下，设定 $t\bar{t}$ 共振态产生截面乘以分支比的上限。
• 基于观测数据和模拟本底，推导出Randall-Sundrum模型中Kaluza-Klein胶子的质量下限。

提出的方法

• 分析使用 $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 变量作为区分性观测量，其中 $H_{\mathrm{T}}$ 为横动量超过25 GeV的轻子和喷注的标量和。
• 事件选择要求：两个电荷相反的轻子（e 或 μ），至少两个喷注，以及根据末态（ee、μμ 或 eμ）而定的 $E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 和 $H_{\mathrm{T}}$ 阈值。
• 背景通过蒙特卡罗模拟对 $t\bar{t}$、$Z$+jets、二玻色子和单顶夸克进行建模，而假轻子贡献则通过数据中的误识别率估算。
• 对轻子和喷注能量标度、重建效率、部分子分布函数以及发生器/模型依赖性等系统性不确定度进行了评估，并在似然函数拟合中引入了扰动参数。
• 构建了分箱的泊松似然函数，用于比较标准模型预测与信号假设，采用轮廓似然比检验计算p值，并设定 $\sigma \times \text{BR}$ 的上限。
• 通过将耦合 $g_{qqg_{KK}}/g_s$ 从 0.2 变化到 0.35，将截面乘以分支比的限制转换为Randall-Sundrum Kluza-Klein胶子的质量限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 ATLAS实验在7 TeV下对二轻子末态中新的 $t\bar{t}$ 共振态的灵敏度如何？
• RQ2 在未直接重建顶夸克质量的情况下，$H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 分布如何区分信号与背景？
• RQ3 在95%置信水平下，$t\bar{t}$ 共振态的产生截面乘以分支比的上限是多少？
• RQ4 基于此数据样本，Randall-Sundrum模型中Kaluza-Klein胶子的质量下限是多少？

主要发现

• 在 $H_{\mathrm{T}} + E_{\mathrm{T}}^{\text{miss}}$ 分布中，未观测到超过标准模型本底的统计显著过量。
• 信号假设（KK胶子）的p值为0.4，与仅含标准模型的预期一致。
• 已设定 $t\bar{t}$ 共振态截面乘以分支比在95%置信水平下的上限，作为共振态质量的函数。
• 在Randall-Sundrum模型中，基于观测数据，对Kaluza-Klein胶子质量设定了0.84 TeV的下限。
• 预期的下限范围为0.80 TeV（当 $g_{qqg_{KK}}/g_s = 0.20$ 时）至1.02 TeV（当 $g_{qqg_{KK}}/g_s = 0.35$ 时），观测到的下限略低于预期值。
• 主要的系统性不确定度来自喷注能量标度（7%）、轻子识别与触发效率（4%）以及 $t\bar{t}$ 发生器建模（4%），亮度不确定度为3.7%。