[论文解读] Electroweak and Top Physics at the Tevatron and Indirect Higgs Limits

S. Leone|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 4

一句话总结

本文基于 Tevatron 的 CDF 与 D0 实验，利用 Run 2 的 2.5 fb⁻¹ 数据，对 W 玻色子和顶夸克质量进行了精确测量。这些测量将标准模型 Higgs 玻色子质量限制在 95% 置信水平以下 144 GeV/c²，为 Higgs 玻色子直接发现之前提供了最强的间接限制。

ABSTRACT

We report a selection of the most recent CDF and D0 results on top quark and W and Z boson properties, based on Tevatron Run 2 data. The large datasets of W and Z bosons allow a very precise measurement of the W mass and detailed studies of vector boson production and asymmetries. Associated production of vector boson pairs has been observed and cross sections have been measured. The top quark is being studied in great detail, and a precision of 1.1 % in the measurement of its mass has been achieved. The precise knowledge of top and W masses are constraining the allowed mass range of a standard model Higgs in an unprecedented way.

研究动机与目标

• 利用 Tevatron Run 2 数据，提高 W 玻色子和顶夸克质量测量的精度。
• 利用这些精确的质量测量，推导出对标准模型 Higgs 玻色子质量的间接约束。
• 通过电弱精确可观测量，特别是辐射修正，检验标准模型的一致性。
• 利用顶夸克与 W 玻色子质量之间的相互作用，对 Higgs sector 提供约束。
• 通过将理论预测与实验数据对比，探讨最小超对称标准模型（MSSM）的可行性。

提出的方法

• 通过最大似然拟合方法，对 W → ℓν 衰变中轻子横向动量和横向质量分布的测量，确定 W 玻色子质量。
• 利用高统计量的 W 和 Z 玻色子衰变样本，测定总截面和快度分布，并与 NNLO QCD 预测进行比较。
• 直接从横向质量分布的高质质量尾部分析中测量 W 玻色子宽度。
• 应用多变量分析与矩阵元技术，提取单个顶夸克产生截面，并提取 CKM 矩阵元 |Vtb|。
• 对电弱可观测量进行全局拟合，生成作为 Higgs 质量函数的 Δχ² 曲线，同时纳入理论与实验不确定性。
• 将标准模型与 MSSM 中的理论预测与实验数据在 M_W–M_top 平面中进行对比，评估允许的参数区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 利用 Tevatron Run 2 数据，能够实现的 W 玻色子质量最精确测量是多少？
• RQ2 精确的顶夸克与 W 玻色子质量如何约束标准模型 Higgs 玻色子允许的质量范围？
• RQ3 测量得到的 W 玻色子宽度与顶夸克产生截面在多大程度上与标准模型预测一致？
• RQ4 从 Tevatron 的电弱精确数据中，Higgs 玻色子质量的间接上限是多少？
• RQ5 实验结果与最小超对称标准模型（MSSM）中 Higgs sector 的理论预测相比如何？

主要发现

• CDF 实验实现了 80413 ± 48 MeV/c² 的 W 玻色子质量测量，是当时最精确的单一测量结果。
• 顶夸克质量的测量精度达到 1.1%，总不确定性约为 1.7 GeV/c²。
• W 玻色子与顶夸克质量的联合测量将标准模型 Higgs 玻色子质量限制在 95% 置信水平以下 144 GeV/c²。
• 更新后的世界平均 W 玻色子宽度为 2106 ± 50 MeV/c²，与标准模型预测一致。
• D0 实验在单个顶夸克产生中观测到 3.6σ 的信号，测得 |Vtb| = 1.3 ± 0.2（或 95% 置信水平下 0.68 < |Vtb| < 1）。
• CDF 实验利用矩阵元技术确认了单个顶夸克产生，观测到 3.1σ 的过量，测得 |Vtb| = 1.02 ± 0.18（实验误差）± 0.07（理论误差）。