[论文解读] W/Z Production Cross Sections and Asymmetries at E_CM = 2 TeV

A. Bellavance|ArXiv.org|Jun 10, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 4

一句话总结

本文利用费米实验室 Tevatron 对 Run II 阶段的 72–226 pb⁻¹ 数据（√s = 1.96 TeV），基于 CDF 和 DØ 合作组的测量，更新了 W 和 Z 玻色子产生截面及不对称性的结果。结果与标准模型预测一致，提升了电弱参数确定与探测器校准的精度，关键截面在多个数据集和探测器配置下对 Z→ee、Z→μμ、Z→ττ、W→eν、W→μν 和 W→τν 衰变道进行了精确测量。

ABSTRACT

The most recent results for W and Z boson production cross sections and asymmetries are presented from the CDF and D0 collaborations using Run II data taken at the Fermi National Accelerator Laboritory (FNAL) Tevatron. Data set sizes range from 72pb^(-1) to 226pb^(-1), and results range from published to preliminary. Results presented agree with the Standard Model and world averages within errors.

研究动机与目标

• 在 √s = 1.96 TeV 下测量质子-反质子碰撞中 W 和 Z 玻色子的产生截面及前后向不对称性，以检验电弱理论。
• 通过清洁的轻子衰变道，改进对探测器性能、触发效率与重建算法的理解。
• 通过精确测量 W 电荷不对称性与 Drell-Yan 前后向不对称性，约束部分子分布函数（PDFs）。
• 提供归一化截面，以供未来高精度测量与新物理搜索使用。
• 验证高能强子对撞机环境中探测器校准与系统误差。

提出的方法

• 通过轻子终态选择 W 和 Z 玻色子衰变：Z→ee、Z→μμ、Z→ττ、W→eν、W→μν、W→τν，利用孤立轻子与缺失横向能量。
• 应用运动学截断：电子 E_T > 25 GeV，μ子 p_T > 20 GeV/c，W 事例中缺失横向能量 E_T > 25 GeV。
• 利用 QCD 二胶子喷注数据估计主要 QCD 背景（2–15%），并额外校正 Drell-Yan 与 Z→ττ 贡献。
• 量化系统误差来源：PDF（1–2%）、轻子识别（1.5%）、亮度（6%）与探测器重建效率。
• 通过轻子对的不变质量重建（如 m_ee、m_μμ）分离 Z 玻色子信号并提取截面。
• 测量 Z→ee 事例中的前后向不对称性 A_fb 及 W 电荷不对称性随伪快度与横向能量的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 √s = 1.96 TeV 下，测量的 W 和 Z 玻色子产生截面与标准模型预测相比如何？
• RQ2 观测到的 Z→ee 与 W 电荷不对称性在多大程度上约束了 u 与 d quark 的部分子分布函数？
• RQ3 W/Z 截面测量中的主要系统误差是什么？它们在不同衰变道中如何变化？
• RQ4 CDF 与 DØ 之间探测器特定的接受度与效率差异如何影响截面与不对称性测量？
• RQ5 CDF 与 DØ 的联合结果能否提升电弱参数与探测器校准的精度？

主要发现

• DØ 对 177 pb⁻¹ 数据测量得到 σ × B(Z→ee) = 264.9 ± 3.9(统计) ± 9.9(系统) ± 17.2(亮度) pb，与标准模型一致。
• CDF 对 72 pb⁻¹ 数据报告 σ × B(Z→ee) = 255.8 ± 3.9(统计) ± 5.5(系统) ± 15(亮度) pb，与世界平均值一致。
• 对于 Z→μμ，DØ 测得 σ × B(Z→μμ) = 291.3 ± 3.0(统计) ± 6.9(系统) ± 18.9(亮度) pb（148 pb⁻¹），CDF 测得 253.1 ± 4.2(统计) ± 8.3(系统) ± 15.2(亮度) pb（194 pb⁻¹）。
• DØ 测得 σ × B(Z→ττ) = 237 ± 15(统计) ± 18(系统) ± 15(亮度) pb（226 pb⁻¹），CDF 报告 242 ± 48(统计) ± 26(系统) ± 15(亮度) pb（72 pb⁻¹），两者均与 SM 预期一致。
• 对于 W→eν，DØ 测得 σ × B(W→eν) = 2865 ± 8.3(统计) ± 76(系统) ± 186(亮度) pb（177 pb⁻¹），CDF 测得 2780 ± 14(统计) ± 60(系统) ± 166(亮度) pb（72 pb⁻¹）。
• DØ 报告 σ × B(W→μν) = 2989 ± 15(统计) ± 81(系统) ± 194(亮度) pb（96 pb⁻¹），CDF 测得 2786 ± 12(统计) ± 65(系统) ± 166(亮度) pb（194 pb⁻¹），所有结果均与 SM 预测一致。