[论文解读] Search for new physics in tt+MET --> bbqqqq+MET final state in ppbar collisions at sqrt(s) = 1.96 TeV

T. Aaltonen|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究在 √s = 1.96 TeV 的质子-反质子碰撞中，搜寻第四代奇异夸克 T' 的衰变，其衰变为顶夸克与一种不可见的暗物质样粒子 X。利用 CDF II 探测器收集的 5.7 fb⁻¹ 数据，当 m_X < 70 GeV/c² 时，对 T'T' 对产生设定 95% 置信水平的排除极限，排除的 T' 质量最高达 400 GeV/c²，且数据与标准模型预测一致。

ABSTRACT

We present a search for a new particle T' decaying to a top quark via T' -> t + X, where X goes undetected. We use a data sample corresponding to 5.7 fb-1 of integrated luminosity of ppbar collisions with sqrt{s} = 1.96 TeV, collected at Fermilab by the CDF II detector. Our search for pair production of T' is focused on the hadronic decay channel, ppbar -> T'T' -> tt +XX -> bbqqqq + XX. We interpret our results in terms of a model where T' is an exotic fourth generation quark and X is a dark matter candidate. The data are consistent with standard model expectations. We set a limit on the generic production of T'T'->tt+XX, excluding the fourth generation exotic quarks T' at 95% confidence level up to m_T' = 400 GeV/c2 for m_X < 70 GeV/c2.

研究动机与目标

• 搜寻第四代奇异夸克 T' 衰变为顶夸克与不可见粒子 X 的证据。
• 检验 T' 为重夸克、X 为暗物质候选者的模型。
• 通过顶夸克的强子衰变道 tt → bbqqqq + XX，约束 T'T' 对的产生截面。
• 针对不同暗物质候选体质量，设定 T' 质量的排除极限。

提出的方法

• 利用 CDF II 探测器收集的 5.7 fb⁻¹ 积分亮度，在 √s = 1.96 TeV 的质子-反质子碰撞中进行分析。
• 聚焦于包含两个 b 价夸克和四个轻夸克（bbqqqq）以及缺失横向动量（MET）的末态，表明存在未探测到的粒子。
• 采用运动学重建技术识别顶夸克衰变，并区分信号与标准模型背景。
• 应用多变量分析技术，提升对 T'T' 信号相对于背景贡献的敏感度。
• 将观测到的事件产率与标准模型预测进行比较，以设定 T'T' 产生的上限。
• 推导出 m_T' 在 m_X（不可见粒子 X 的质量）函数下的 95% 置信水平排除极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测数据是否显示出第四代奇异夸克 T' 对产生并衰变为顶夸克与不可见粒子的证据？
• RQ2 对于不同质量的不可见 X 粒子，T' 的最大可排除质量在 95% 置信水平下是多少？
• RQ3 在 T'T' 产生背景下，末态 bbqqqq + MET 与标准模型背景相比如何？
• RQ4 数据在多大程度上支持存在寿命较长或不可见衰变模式的第四代夸克？

主要发现

• 观测数据与标准模型预期一致，未在预测背景之上显示出显著过量。
• 对 T'T' 对产生设定了 95% 置信水平的排除极限，T' 衰变为顶夸克与不可见粒子 X。
• 当不可见粒子 X 的质量小于 70 GeV/c² 时，排除极限可覆盖 T' 质量高达 400 GeV/c²。
• 该极限基于包含两个 b 价夸克、四个轻夸克和缺失横向动量的末态，特征为带有不可见衰变产物的顶夸克衰变。
• 该分析展示了在高能质子-反质子碰撞环境中对具有不可见衰变模式的奇异第四代夸克的敏感度。