[论文解读] Measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV using events with large Missing E_T and jets

T. Aaltonen|arXiv (Cornell University)|May 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究利用CDF II探测器采集的2.2 fb⁻¹数据，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。通过选择具有大缺失横向能量和高喷注多重性的事件，同时排除电子和μ子以增强τ衰变贡献，并采用神经网络与二级顶点判别技术，测得在m_top = 172.5 GeV/c²时的截面为7.99 ± 0.55（统计）± 0.76（系统）± 0.46（亮度）pb，与标准模型预测一致。

ABSTRACT

In this paper we report a measurement of the ttbar production cross section in ppbar collisions at sqrt(s)=1.96 TeV using data corresponding to an integrated luminosity of 2.2fb-1 collected with the CDF II detector at the Tevatron accelerator. We select events with significant missing transverse energy and high jet multiplicity. This measurement vetoes the presence of explicitly identified electrons and muons, thus enhancing the tau contribution of ttbar decays. Signal events are discriminated from the background using a neural network, and heavy flavor jets are identified by a secondary-vertex tagging algorithm. We measure a ttbar production cross section of 7.99 +/- 0.55(stat) +/- 0.76(syst) +/- 0.46(lumi) pb, assuming a top mass m_top = 172.5 GeV/c^2, in agreement with previous measurements and standard model predictions.

研究动机与目标

• 利用tau衰变特征丰富的信号，测量在√s = 1.96 TeV的pp̄碰撞中顶夸克对的产生截面。
• 通过明确排除识别出的电子和μ子，减少背景贡献，从而提高对包含τ轻子的tt̄衰变的灵敏度。
• 利用基于事件运动学和喷注特性的神经网络，提升信号的区分能力。
• 通过二级顶点判别算法识别b夸克喷注，提高tt̄信号的纯度。
• 报告精确的截面测量结果，包含统计、系统和亮度不确定性。

提出的方法

• 基于大缺失横向能量（E_T^miss）和高喷注多重性选择事件，以增强对包含隐形粒子的tt̄衰变的灵敏度。
• 明确排除电子和μ子，以抑制轻子衰变的贡献，从而提高τ初态衰变的相对产额。
• 训练多变量神经网络，利用运动学和拓扑变量区分tt̄信号事件与主要的QCD和电弱背景。
• 应用二级顶点判别技术，识别源自b强子衰变的喷注，改善tt̄事件与轻夸克及胶子喷注的分离。
• 通过拟合数据中神经网络输出分布提取截面，归一化至2.2 fb⁻¹的积分亮度。
• 评估喷注能量标度、缺失E_T分辨率、背景建模和亮度的系统不确定性，最终结果在m_top = 172.5 GeV/c²时报告。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 1.96 TeV的pp̄碰撞中，利用具有大缺失E_T和高喷注多重性的事件，测得的顶夸克对产生截面是多少？
• RQ2 对电子和μ子的排除在增强τ衰变模式对tt̄信号贡献方面效果如何？
• RQ3 在此事件拓扑下，神经网络在分离tt̄信号与主要的QCD和电弱背景方面能提升多大程度的区分能力？
• RQ4 在高多重性、高E_T^miss环境下，二级顶点判别对b喷注的识别能力如何？
• RQ5 在m_top = 172.5 GeV/c²时，测得的截面是否与标准模型预测一致？

主要发现

• 测得的顶夸克对产生截面为7.99 pb，统计、系统和亮度不确定度分别为±0.55、±0.76和±0.46 pb。
• 结果与标准模型预测及此前在Tevatron的测量结果高度一致。
• 利用缺失E_T和高喷注多重性，并结合轻子排除，成功增强了对包含τ轻子的tt̄衰变的灵敏度。
• 基于神经网络的分析实现了有效的背景抑制，从而实现了清晰的信号提取。
• 二级顶点判别提供了可靠的b喷注识别，有助于提升信号纯度。
• 最终截面在顶夸克质量为172.5 GeV/c²时报告，与世界平均值和理论预期一致。