[论文解读] Search for Heavy Top-like Quarks tprime->Wq Using Lepton Plus Jets Events in 1.96 TeV p-pbar Collisions

A. Lister|arXiv (Cornell University)|Oct 18, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文利用CDF II探测器在1.96 TeV p¯p对撞中采集的2.8 fb⁻¹数据，搜索了重的顶夸克样夸克t′衰变为Wq的信号。通过选择轻子+ jets事例，并对总横动量和重建的t′质量进行分箱似然拟合，该分析在95%置信水平下给出了t′质量的下限为311 GeV/c²，未发现t′对产生证据。

ABSTRACT

We present the results of a search for a new heavy top-like quark, tprime, decaying to a W boson and another quark using the CDF II Detector in Run II of the Tevatron ppbar collider. New top-like quarks are predicted in a number of models of new physics. Using a data sample corresponding to 2.8 fb-1 of integrated luminosity we fit the observed spectrum of total transverse energy and reconstructed quark mass to a combination of background plus signal. We see no evidence for tprime production, so use this result to set limits on the tprime tprimebar production cross section times the branching ratio of tprime to Wq and infer a lower limit of 311 GeV/c2 on the mass of the tprime at 95% CL.

研究动机与目标

• 搜索在各种新物理模型中预测的、衰变为W玻色子和夸克（Wq）的新重顶夸克样粒子t′。
• 利用Tevatron实验数据，对t′¯t′产生截面乘以分支比的量进行限制。
• 利用总横动量和重建t′质量的运动学分布，在95%置信水平下确定t′夸克的质量下限。
• 通过利用事例运动学特性，避免依赖b-打标签，以区分t′信号与t¯t、W+jets和QCD多喷胶事例等背景。

提出的方法

• 选择包含一个轻子（e或μ）、缺失横动量以及四个或更多喷胶的事例，要求轻子pT > 20 GeV/c，喷胶ET > 15 GeV且|η| < 2。
• 对喷胶能量施加限制（主喷胶ET > 60 GeV），检查轻子与喷胶的顶点一致性，并对μ子与 /ET之间的角度分离进行限制，以抑制QCD和错误重建事例。
• 通过施加W玻色子质量假设、动量平衡以及末态质量相等假设的运动学拟合，重建t′和¯t′质量。
• 对HT（总横动量）和Mrec（重建的t′质量）分布进行分箱的二维似然拟合，包含信号和背景组分。
• 通过扰动参数建模系统误差，包括喷胶能量标度、W+jets Q2标度、亮度、轻子效率以及QCD背景归一化。
• 使用贝叶斯推断，对σ·B采用均匀先验，推导出信号率的95%置信水平上限，并通过理论截面预测将其转化为质量下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在1.96 TeV p¯p对撞中观测到的数据是否显示出与t′¯t′对产生并衰变为Wq显著一致的过量？
• RQ2 在95%置信水平下，t′¯t′产生截面乘以分支比σ·B对于t′→Wq的上限是多少？
• RQ3 当假设t′的分支比为100%时，观测到的σ·B上限与理论预测曲线在何处相交？
• RQ4 系统误差（尤其是喷胶能量标度和W+jets Q2标度）如何影响灵敏度和最终的质量下限？

主要发现

• 在HT和Mrec分布中未观测到显著过量，表明无t′¯t′产生的证据。
• 利用95%置信水平下t′¯t′产生截面乘以分支比的上限，推导出t′质量的下限。
• 在假设t′对Wq的分支比为100%的条件下，t′夸克的质量下限被确定为311 GeV/c²（95%置信水平）。
• 主要系统误差来源于对喷胶能量标度知识不完善，其影响了HT-Mrec分布的形状与归一化。
• QCD背景归一化不确定度估计为50%，反映了对W+jets截面知识不足。
• 将观测到的极限与预期极限进行比较，显示在311 GeV/c²阈值处与理论截面曲线一致。