[论文解读] Search for CP violation using $ extrm{t}\overline{ extrm{t}} $ events in the lepton+jets channel in pp collisions at $ \sqrt{s} $ = 13 TeV

CMS Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本研究利用CMS实验在√s = 13 TeV下收集的138 fb⁻¹质子-质子碰撞数据，搜索顶夸克对产生过程中的CP破坏。通过分析末态为轻子+喷注中的四个T-odd三重积可观测量，该分析测得顶夸克的无量纲色电偶极矩（CEDM）为0.04 ± 0.10（统计）± 0.07（系统），未发现超出标准模型预测的CP破坏显著证据。

ABSTRACT

Results are presented on a search for CP violation in the production and decay of top quark-antiquark pairs in the lepton+jets channel. The search is based on data from proton-proton collisions at 13 TeV, collected with the CMS detector, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$^{-1}$. Possible CP violation effects are evaluated by measuring uncorrected asymmetries in observables constructed from linearly independent four-momentum vectors of the final-state particles. The dimensionless chromoelectric dipole moment of the top quark obtained from the observed asymmetries is measured to be 0.04 $\pm$ 0.10 (stat) $\pm$ 0.07 (syst), and the asymmetries exhibit no evidence for CP-violating effects, consistent with expectations from the standard model.

研究动机与目标

• 利用质子-质子对撞在√s = 13 TeV下的轻子+喷注末态，搜索顶夸克对产生及衰变过程中的CP破坏。
• 将顶夸克的无量纲色电偶极矩（CEDM）作为探测标准模型之外新物理的探针。
• 检验顶夸克区域能否通过CP破坏效应揭示标准模型之外的物理现象。
• 通过利用末态四momentum矢量构建的T-odd可观测量，提高对新物理的探测灵敏度。

提出的方法

• 分析基于顶夸克衰变参考系中动量与自旋矢量的三重积，采用四个T-odd、CP-odd可观测量。
• 可观测量由轻子、b夸克喷注及横动量最大的喷注的动量构建，并对探测器效应和重建偏差进行修正。
• 在轻子+喷注末态中，通过联合拟合信号与背景贡献，利用控制区域约束背景成分。
• 通过可观测量中测得的不对称性提取CEDM，系统不确定性采用数据驱动方法评估，并通过模拟验证。
• 应用CMS探测器的粒子流重建方法与喷注能量标度修正，以提升动量分辨率并减少系统偏差。
• 分析使用与部分子辐射模型匹配的蒙特卡洛模拟（POWHEG+PYTHIA8），并包含对初始态辐射和探测器效应的修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在13 TeV下，轻子+喷注末态中顶夸克对产生及衰变是否存在CP破坏的证据？
• RQ2 顶夸克无量纲色电偶极矩（CEDM）的测量上限是多少？
• RQ3 T-odd可观测量中观测到的不对称性是否偏离标准模型预测？
• RQ4 是否可仅通过轻子+喷注道中可重建的末态粒子约束CEDM？
• RQ5 测量CP破坏不对称性时，主要的系统不确定性来源是什么？

主要发现

• 测得的顶夸克无量纲色电偶极矩（CEDM）为0.04 ± 0.10（统计）± 0.07（系统），与零一致。
• 在四个T-odd可观测量中均未观测到显著的CP破坏不对称性，表明与标准模型一致。
• 观测到的不对称性与标准模型预测相符，未发现新物理贡献的证据。
• 该分析在统计不确定性水平上对CEDM的灵敏度达到0.10，优于此前8 TeV数据的结果。
• 系统不确定性主要来源于喷注能量标度和顶夸克衰变运动学建模，轻子与b夸克喷注识别的影响较小。
• 结果发表于《高能物理杂志》（Journal of High Energy Physics），并已归档于HEPData数据仓库以供公开访问。