[论文解读] Measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt{s} = 1.96 TeV

I. A. Bertram, G. Borissov+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究利用费米实验室的D0探测器，在√s = 1.96 TeV的质子-反质子碰撞中测量了顶夸克对（tt̄）的产生截面。基于0.9 fb⁻¹的数据，该研究在轻子+喷注末态中报告了7.62 ± 0.85 pb的截面，采用b-打标签和运动学似然判别器，并通过与理论预测比较，推导出顶夸克质量为170 ± 7 GeV。

ABSTRACT

We measure the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt{s}=1.96 TeV in the lepton+jets channel. Two complementary methods discriminate between signal and background, b-tagging and a kinematic likelihood discriminant. Based on 0.9 fb-1 of data collected by the D0 detector at the Fermilab Tevatron Collider, we measure sigma_ttbar=7.62+/-0.85 pb, assuming the current world average m_t=172.6 GeV. We compare our cross section measurement with theory predictions to determine a value for the top quark mass of 170+/-7 GeV.

研究动机与目标

• 利用D0探测器测量在√s = 1.96 TeV的pp̄碰撞中顶夸克对的产生截面。
• 通过b-打标签和运动学似然判别器，减少轻子+喷注末态中的背景贡献。
• 将测量的截面与理论预测进行比较，以提取顶夸克质量的值。
• 利用实验截面数据提高顶夸克质量测定的精度。
• 验证测量截面与世界平均顶夸克质量172.6 GeV的一致性。

提出的方法

• 该分析使用顶夸克对的轻子+喷注衰变道，选择包含一个高横向动量轻子和至少四个喷注的事件。
• 应用b-打标签技术识别来自底夸克的喷注，以增强信号灵敏度并抑制QCD多喷注背景。
• 通过重建的顶夸克和W玻色子质量，构建运动学似然判别器，以区分信号与背景事件。
• 通过使用分箱最大似然法拟合判别器分布中的信号和背景贡献，提取截面。
• 将理论预测的tt̄截面作为顶夸克质量的函数，以提取最佳拟合质量值。
• 通过专用控制样本以及重建和选择标准的变化，评估系统不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 1.96 TeV的pp̄碰撞中，轻子+喷注末态下测得的顶夸克对产生截面是多少？
• RQ2 b-打标签和运动学似然判别器如何改善tt̄事例选择中的信号与背景分离？
• RQ3 当将测量截面与理论预测比较时，推断出的顶夸克质量是多少？
• RQ4 测量截面与世界平均顶夸克质量172.6 GeV的一致性如何？
• RQ5 截面测量的精度是多少，其对顶夸克质量测定的影响如何？

主要发现

• 基于D0探测器采集的0.9 fb⁻¹数据，测得的顶夸克对产生截面为7.62 ± 0.85 pb。
• 将测量截面与理论预测比较后，发现其与世界平均顶夸克质量172.6 GeV一致。
• 该截面测量的精度约为11%，主要受统计不确定性和系统不确定性的支配。
• 通过将测量截面与理论比较，提取出的顶夸克质量为170 ± 7 GeV，表明在不确定度范围内一致。
• 同时使用b-打标签和运动学似然判别器显著提高了信号纯度并增强了背景抑制。
• 结果表明，该测量技术在大型多喷注、高背景环境（典型的Tevatron碰撞条件）下具有鲁棒性。