[論文レビュー] Measurement of the $ t\overline{t} $ production cross-section in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 5.02 TeV with the ATLAS detector

ATLAS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、2017年にATLAS検出器が収集した257 pb⁻¹のデータを用いて、√s = 5.02 TeVの陽子–陽子衝突におけるトップクォーク対（tt̄）生成断面積の測定を提示する。合成結果であるσtt̄ = 67.5 ± 0.9（統計）± 2.3（系誤差）± 1.1（ランプ）± 0.2（ビーム）pbは、NNLO+NNLL QCD予測と非常に良好に一致しており、大スケールのBjorken-xにおける陽子パートン分布関数（PDF）の制約を提供する。

ABSTRACT

The inclusive top-quark pair ($t\bar{t}$) production cross-section $σ_{t\bar{t}}$ is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy $\sqrt{s}=5.02$ TeV, using 257 pb$^{-1}$ of data collected in 2017 by the ATLAS experiment at the LHC. The $t\bar{t}$ cross-section is measured in both the dilepton and single-lepton final states of the $t\bar{t}$ system and then combined. The combination of the two measurements yields $σ_{t\bar{t}} = 67.5 \pm 0.9 ext{(stat.)} \pm 2.3 ext{(syst.)} \pm 1.1 ext{(lumi.)} \pm 0.2 ext{(beam)}$ pb, where the four uncertainties reflect the limited size of the data sample, experimental and theoretical systematic effects, and imperfect knowledge of both the integrated luminosity and the LHC beam energy, giving a total uncertainty of 3.9%. The result is in agreement with theoretical quantum chromodynamic calculations at next-to-next-to-leading order in the strong coupling constant, including the resummation of next-to-next-to-leading logarithmic soft-gluon terms, and constrains the parton distribution functions of the proton at large Bjorken-$x$.

研究の動機と目的

• √s = 5.02 TeVにおける陽子–陽子衝突における全電子的トップクォーク対生成断面積を測定すること。
• LHCの5.02 TeV走行からのデータを用いて、大スケールのBjorken-xにおける陽子パートン分布関数（PDF）の制約を改善すること。
• 中間エネルギー領域における量子色力学（QCD）理論的予測の妥当性を検証すること。
• 相関する系誤差を考慮した上で、二レプトンおよび単一レプトン最終状態からの測定を統合すること。

提案手法

• 分析には、2017年にATLASが√s = 5.02 TeVで収集した257 pb⁻¹のpp衝突データが用いられる。
• 二レプトンチャンネルでは、異符号の2つのレプトン、運動量の欠損、およびbジャンクションのタギングを用いてイベントを特定する。
• 単一レプトンチャンネルでは、1つの電荷を帯びたレプトン、運動量の欠損、および少なくとも2つのbタグ付きジェットを用いてイベントを選別する。
• 両チャンネルにおいて、信号とバックグラウンドの分離を向上させるために多次元技術が適用される。
• 検出器効果、モデル化、PDF、ビームエネルギー/ランプの各要因による系誤差が評価される。
• 二レプトンおよび単一レプトンの測定結果が、相関する誤差を考慮して統合され、単一の断面積値が得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS検出器を用いた√s = 5.02 TeVにおける測定されたtt̄生成断面積は何か？
• RQ2 このエネルギー領域における測定値は、NNLO+NNLL QCD予測とどのように一致するか？
• RQ3 この測定によって、大スケールのBjorken-xにおけるグルーオンパートン分布関数はどの程度制約を受けるか？
• RQ4 相関する系誤差は、最終的な統合断面積にどのように影響するか？
• RQ5 この測定は、グローバルPDFフィットにどのような影響を与えるか？

主な発見

• 統合されたtt̄生成断面積はσtt̄ = 67.5 ± 0.9（統計）± 2.3（系誤差）± 1.1（ランプ）± 0.2（ビーム）pbとして測定された。
• 測定の総誤差は3.9%であり、主に系誤差と統計誤差に起因する。
• 結果はNNLO+NNLL QCD予測（68.2 ± 4.8+1.9−2.3 pb）と非常に良好に一致している。
• 測定により、大スケールのBjorken-xにおけるグルーオンパートン分布関数が制約され、PDFフィットが改善された。
• 同じエネルギー領域におけるCMSの測定値（63.0 ± 5.1 pb）とも一致している。
• トップクォーク質量に±1 GeVの変動を加えると、断面積は±3.2%から+3.3%に変化する。