[論文レビュー] Search for new physics in tt+MET --> bbqqqq+MET final state in ppbar collisions at sqrt(s) = 1.96 TeV

T. Aaltonen|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、√s = 1.96 TeV の陽子-反陽子衝突において、第四世代の異常クォーク T' がトップクォークと検出不能なダークマター様粒子 X に崩壊するのを探索する。CDF II が得た 5.7 fb⁻¹ のデータを用いて、m_X < 70 GeV/c² の場合、T'T' 対生成について 95% 確信区間の除外限界を m_T' = 400 GeV/c² まで設定した。データは標準模型と整合的である。

ABSTRACT

We present a search for a new particle T' decaying to a top quark via T' -> t + X, where X goes undetected. We use a data sample corresponding to 5.7 fb-1 of integrated luminosity of ppbar collisions with sqrt{s} = 1.96 TeV, collected at Fermilab by the CDF II detector. Our search for pair production of T' is focused on the hadronic decay channel, ppbar -> T'T' -> tt +XX -> bbqqqq + XX. We interpret our results in terms of a model where T' is an exotic fourth generation quark and X is a dark matter candidate. The data are consistent with standard model expectations. We set a limit on the generic production of T'T'->tt+XX, excluding the fourth generation exotic quarks T' at 95% confidence level up to m_T' = 400 GeV/c2 for m_X < 70 GeV/c2.

研究の動機と目的

• 第四世代の異常クォーク T' がトップクォークと検出不能な粒子 X に崩壊する証拠を探索すること。
• T' が重いクォークであり、X がダークマター候補であるというモデルを検証すること。
• ハドロン的崩壊チャネル tt → bbqqqq + XX を通じた T'T' 対生成断面積を制約すること。
• さまざまなダークマター候補の質量に対して、T' の質量に関する除外限界を設定すること。

提案手法

• CDF II ディテクタが収集した、統合した全フラックス 5.7 fb⁻¹ の陽子-反陽子衝突データを用いて、√s = 1.96 TeV の衝突を分析する。
• 2つのbジャンクションと4つの軽いクォーク（bbqqqq）に加えて、運動量の欠損がある横断的エネルギー（MET）を持つ最終状態に注目し、検出不能な粒子を示唆する。
• 運動量再構成技術を用いてトップクォークの崩壊を特定し、信号と標準模型のバックグラウンドを区別する。
• 多変数解析手法を適用して、バックグラウンド寄与に対して T'T' 信号の感度を向上させる。
• 観測されたイベント数を標準模型の予測と比較し、T'T' 生成の上界を設定する。
• m_X（検出不能な粒子 X の質量）の関数として、95% 確信区間の T' の質量に関する除外限界を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたデータは、検出不能な粒子に崩壊する対生成された異常第四世代クォーク T' の証拠を示しているか？
• RQ2 検出不能な X 粒子の質量が異なる場合、95% 確信区間で除外可能な T' の最大質量は何か？
• RQ3 T'T' 生成の文脈において、最終状態 bbqqqq + MET は標準模型のバックグラウンドとどのように比較されるか？
• RQ4 データは、長寿命または検出不能な崩壊モードを持つ第四世代クォークの存在をどの程度支持しているか？

主な発見

• 観測されたデータは標準模型の予測と整合的であり、予測されたバックグラウンドを超える顕著な過剰は観測されなかった。
• T'T' 対生成について、検出不能な粒子 X に崩壊する T' の 95% 確信区間の除外限界が設定された。
• 検出不能な粒子 X の質量が 70 GeV/c² 未満の場合、T' の質量は 400 GeV/c² まで除外された。
• この限界は、2つのbジャンクション、4つの軽いクォーク、および運動量の欠損がある横断的エネルギーを伴う最終状態から導出された。これは、検出不能な生成物を持つトップクォーク崩壊の特徴である。
• 本分析は、高エネルギーの陽子-反陽子衝突環境において、検出不能な崩壊モードを示す異常第四世代クォークを検出する感度を示した。