[論文レビュー] Combination of CDF and DO results on the mass of the top quark using up to 5.8~fb-1 of data

R. C. Group, CDF+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 120

ひとこと要約

この論文は、フェルミラブのテバトロン衝突機で実施されたCDFおよびDØ実験のトップクォーク質量測定値の予備的組み合わせを提示している。Run IIで最大5.8 fb⁻¹のデータと更新されたRun Iの結果を用い、5つのRun Iで公表された測定値、7つのRun IIで公表されたおよび予備の結果（新規のCDF $ ot{E}_T$ + ジェットチャンネルを含む）を統合し、統計的および系貫的不確実性とその相関を考慮した。この研究では、テバトロン平均のトップクォーク質量が $M_t = 173.2 \pm 0.9$ GeV/$c^2$ であると報告しており、相対精度は0.54%に達し、総不確実性が1 GeV未満に下がるのは初めてである。

ABSTRACT

We summarize the top-quark mass measurements from the CDF and DO experiments at Fermilab. We combine published Run I (1992--1996) measurements with the most precise published and preliminary Run II (2001-present) measurements using up to 5.8 fb-1 of data, adding new analyses (the Met+Jets analysis) and updating old ones. Taking uncertainty correlations into account, and adding in quadrature the statistical and systematic uncertainties, the resulting preliminary Tevatron average mass of the top quark is M_T=173.2+/-0.9 GeV/c^2.

研究の動機と目的

• テバトロンにおけるCDFおよびDØ実験の最新結果を統合することで、トップクォーク質量測定の精度を向上させること。
• 統計的に独立な新規のCDF $\not{E}_T$ + ジェット分析チャンネルを組み込み、全体の統計的パワーを強化すること。
• Run IIデータを用いたイン・サイト補正技術を用いて、特にジェットエネルギースケール（JES）および$b$-ジェット応答の系統的不確実性を更新・再評価すること。
• 包括的で共同の分析フレームワークを通じて、実験間、崩壊チャンネル間、テバトロンの走行間における不確実性相関を洗練させること。
• 総不確実性が1 GeV未満に下がる初めての世界最高精度のトップクォーク質量を達成し、テバトロン時代の基準を確立すること。

提案手法

• 組み合わせは、参照文献[22, 23]に基づく統計的手法を用い、統計的および系統的不確実性とその完全な相関行列を考慮している。
• 系統的不確実性は、ジェットエネルギースケール（JES）、$b$-ジェット応答、信号/バックグラウンドモデル化などのカテゴリに分解され、実験およびチャンネル間の相関が追跡されている。
• Run IIの解析（特にl+ジェットおよびすべてのハドロン的チャンネル）では、$W \to qq'$崩壊からの運動量情報を利用して、軽クォークジェットエネルギー応答を制約するイン・サイト補正技術が適用されている。
• CDFの$ ot{E}_T$ + ジェットチャンネル（5.7 fb⁻¹）が新規に独立したチャンネルとして組み込まれ、統計的制約の改善に寄与している。
• 他のサンプルと統計的相関があるため、CDFのcharged-particle tracking測定の$p_T^{\text{lep}}$成分は組み込みを除外している。
• 総不確実性は、ガウス分布を仮定して統計的不確実性と系統的不確実性を二乗和の平方根で計算し、最終的な結果は不確実性を2桁の有効数字に丸めている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5.8 fb⁻¹のテバトロンデータを用いた、CDFおよびDØのすべての利用可能な測定値から得られるトップクォーク質量の最も精密な組み合わせ値は何か？
• RQ2 特にジェットエネルギースケールに関して、実験間および崩壊チャンネル間の系統的不確実性の相関が、最終的な組み合わせ不確実性にどのように影響するか？
• RQ3 新規のCDF $ ot{E}_T$ + ジェットチャンネルの組み込みが、トップクォーク質量測定の精度をどの程度向上させるか？
• RQ4 テバトロン平均トップクォーク質量の精度は、以前の組み合わせと比べてどうなっており、更新された解析技術が系統的不確実性に与える影響は何か？
• RQ5 現在のトップクォーク質量不確実性の限界は何か？また、最終的な組み合わせにおける主要な系統的誤差の原因は何か？

主な発見

• 予備的なテバトロン平均トップクォーク質量は $M_t = 173.2 \pm 0.9$ GeV/$c^2$ であり、総不確実性は0.9 GeV/$c^2$、相対精度は0.54%である。
• これは、トップクォーク質量の組み合わせで総不確実性が1 GeV未満に下がるのは初めてであり、精密電弱物理学における重要なマイルストーンである。
• 7月2010年の平均値（$173.32 \pm 1.06$ GeV/$c^2$）よりも0.12 GeV/$c^2$低い中央値であり、相対精度が12%向上している。
• この組み合わせには、5つのRun Iで公表された測定値、5つのRun IIで公表された結果、および2つの予備のRun II結果（新規のCDF $ ot{E}_T$ + ジェットチャンネルを含む）が含まれている。
• 系統的不確実性の主な寄与はジェットエネルギースケール（JES）であり、特に$b$-ジェットおよび$p_T$/$\eta$依存性に起因するもので、将来的な改善の主なターゲットである。
• 相関係数を50%に低減したクロスチェックでは、中央値に0.17 GeV/$c^2$の変化しか見られず、組み合わせの堅牢性が確認された。