[论文解读] Measurement of the top pair invariant mass distribution at 7 TeV and search for new physics

S. Rappoccio|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文利用7 TeV质子-质子对撞数据，在LHC上通过先进的喷流亚结构技术，研究了顶夸克对产生过程中的新物理现象，重点识别全 hadronic、半轻子及全轻子衰变道中的强动量顶夸克。该分析对味改变中性流Z'模型设定了严格限制，并排除了质量低于800 GeV/c²的topcolor-轻子禁闭共振态，从而否定了用于解释Tevatron实验中顶夸克前后向不对称性的理论模型。

ABSTRACT

An overview of searches for new physics in the ttbar sample from the CMS Collaboration is presented with data collected at the Large Hadron Collider at sqrt(s) = 7 TeV. There are several searches presented, including same-sign dilepton signatures, semileptonic signatures, and all-hadronic signatures, the latter of which uses advanced jet reconstruction techniques.

研究动机与目标

• 利用2010–2011年√s = 7 TeV的LHC数据，搜索顶夸克对产生过程中的新物理现象。
• 检验能够解释Tevatron实验中观测到的顶夸克前后向不对称性的理论模型，特别是涉及味改变中性流或新规范玻色子的模型。
• 开发并应用先进的喷流亚结构技术，以识别全 hadronic 和半轻子末态中高度动量的顶夸克。
• 设定新共振态衰变为顶夸克对的产生截面乘以分支比的上限。

提出的方法

• 采用top标签和喷流修剪等喷流亚结构算法，识别高度动量顶夸克衰变中合并的顶夸克。
• 基于最小角度分离（ΔR_min）和相对横向动量（p_T^REL）的二维选择标准，抑制高度动量半轻子顶夸克衰变中的背景。
• 利用底夸克拉标签和W玻色子拉标签技术，从强子和半轻子衰变产物中重建顶夸克候选事例。
• 针对不同顶夸克动量区域（包括完全合并、中等动量和标准拓扑）应用定制化的事件选择标准。
• 在全轻子道中采用计数实验方法，搜索同号 dilepton 事例，重新解释了SUSY搜索以探测顶夸克 sector 的新物理。
• 通过H_T,lep < 150 GeV/c²的控制区域对非本征W玻色子背景进行归一化，并利用蒙特卡罗模拟验证背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC中是否可通过共振顶夸克对产生观测到顶夸克 sector 的新物理？
• RQ2 Tevatron实验中观测到的顶夸克前后向不对称性是否指向一种新的味改变中性流Z'玻色子？LHC数据能否排除该可能性？
• RQ3 先进的喷流亚结构技术是否能有效重建全 hadronic 和半轻子末态中高度动量的顶夸克？
• RQ4 对于不变质量高于1.5 TeV/c²的新共振态衰变为顶夸克对，其产生截面乘以分支比的上限是多少？
• RQ5 Berger等人（2011年）提出的用于解释Tevatron不对称性的模型，是否与CMS在同号 dilepton 道中的数据一致？

主要发现

• 在同号 dilepton 道中，CMS观测到2起事例，而标准模型预期为0.9 ± 0.6起，未发现Berger等人（2011年）提出的模型的证据。
• Berger等人（2011年）提出的模型在95%置信水平下的上限排除了其参数空间的显著部分，尤其在玻色子质量低于1.5 TeV/c²且右手中性耦合f_R > 0.1的区域。
• 该分析排除了质量低于800 GeV/c²的窄宽度topcolor-轻子禁闭t̄t共振态，与Tevatron数据给出的最严格限制一致。
• 在半轻子增强分析中，根据不变质量设定生产截面与分支比乘积的95%置信水平上限，灵敏度可延伸至高质质量区。
• 全 hadronic 分析通过top标签和W-喷流标签成功识别了高度动量的顶夸克候选事例，在选定样本中实现了高纯度。
• 喷流修剪算法在中等动量顶夸克拓扑中有效识别了W玻色子衰变产物，性能虽略低于专用top标签器，但适用范围更广。