[论文解读] Improved D0 W Boson Mass Determination

The D Collaboration, V. M. Abazov|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文利用DØ中央量能器模块边缘区域的电子事例，对W玻色子质量进行了改进测量。该区域的电磁量能器响应与分辨率与中央区域不同。通过使用Z→ee事例校准这些边缘区域的响应，并与已有数据结合，作者降低了系统不确定度，最终得到 $ m_W = 80.483 \pm 0.084 $ GeV的结果，相比之前DØ的结果精度提高了7 MeV。

ABSTRACT

We present a measurement of the W boson mass in proton-antiproton collisions at \sqrt{s} = 1.8 TeV based on a data sample of 82 pb^-1 integrated luminosity collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron. We utilize e νevents in which the electron shower is close to the phi edge of one of the 32 modules in the D0 central calorimeter. The electromagnetic calorimenter response and resolution in this region differs from that in the rest of the module and electrons in this region were not previously utilized. We determine the calorimeter response and resolution in this region using Z -> ee events. We extract the W boson mass by fitting to the transverse mass and to the electron and neutrino transverse momentum distributions. The result is combined with previous D0 results to obtain an improved measurement of the W boson mass: m_W = 80.483 +- 0.084 GeV.

研究动机与目标

• 通过利用此前因响应不均匀而被排除的量能器模块边缘区域的电子事例，减少DØ W玻色子质量测量中的系统不确定度。
• 使用Z→ee事例校准边缘区域的电磁量能器响应与分辨率，以实现精确的W玻色子质量提取。
• 通过将边缘区域数据与先前的Run 1a和Run 1b测量结果合并，利用共享的系统不确定度约束，改善整体W玻色子质量不确定度。
• 利用边缘区域和端盖区域的事例约束中央量能器的能量标度与分辨率，降低对外部校准的依赖。

提出的方法

• 利用DØ探测器在√s = 1.8 TeV下收集的82 pb⁻¹质子-反质子碰撞数据。
• 通过拟合电子与中微子的横动量分布和横质量（m_T）分布，提取边缘区域的W玻色子质量。
• 使用Z→ee事例校准边缘区域量能器响应，以确定能量标度（α_edge）与分辨率（c_edge）。
• 将边缘区域的W质量测量结果与先前的Run 1a和Run 1b结果合并，考虑系统不确定度之间的相关性。
• 使用中央与端盖量能器中的Z→ee事例，约束中央量能器的能量标度（α_CC）与分辨率（c_CC），从而改善整体校准。
• 对多个数据子集中的m_T、p_T^e与p_T^ν分布进行联合拟合，以最小化不确定度，提取最终的W玻色子质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管响应不均匀，位于DØ中央量能器模块边缘区域的电子事例是否可以可靠地用于改进W玻色子质量测量？
• RQ2 如何利用Z→ee事例准确确定边缘区域电磁量能器的能量标度与分辨率？
• RQ3 包含边缘区域数据在多大程度上降低了DØ W玻色子质量测量的整体不确定度？
• RQ4 来自不同数据子集的系统不确定度之间的相关性如何影响最终联合W玻色子质量结果？

主要发现

• 最终联合的W玻色子质量测量结果为 $ m_W = 80.483 \pm 0.084 $ GeV，相比之前DØ结果的精度提高了7 MeV。
• 边缘区域电子校准将电磁能量标度（α_edge）的不确定度降低了268 MeV，是整体改进的主要贡献因素。
• 利用C-C Z→ee事例，将中央量能器能量标度约束为 $ \alpha_{CC} = 0.9552 \pm 0.0023 $，改善了非边缘区域电子的校准。
• 使用边缘区域数据降低了对反冲响应与分辨率的不确定度，对整体误差降低的贡献为20至46 MeV。
• 最终不确定度主要由边缘区域能量标度（268 MeV）、分辨率（268 MeV）和电子角度校准（38–52 MeV）主导。
• 联合结果整合了Run 1a与Run 1b中的12个独立测量，系统不确定度完全相关并已正确传播。