On  the  W+4  jets  background  to  the  top-­‐quark  asymmetry  at  the  Tevatron    

Yoshitaro  Takaesu    KEK,  Japan  

IntroducCon  •  Large  top  forward-­‐backward  asymmetry  (                )  has  been  observed  at  the  Tevatron.  

•  Contribu>ons  of  new  physics,    NNLL  QCD,  EW  correc>ons,  NLO  of            ,  etc.  have  been  discussed,  but  we  do  not  know  the  sa>sfactory  answer  yet.  

• We  focus  on  W+4  jets  background  for  this  anomalous                    in  semi-­‐leptonic  channel.      

7/2/12   2  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

Event  SelecCon    &    

ReconstrucCon  

Event  generaCon  

7/2/12   4  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

matrix-­‐element  level  (MadGraph  5)  

•   PDF:  CTEQ  6L1    •   Factoriza>on  scale  =                              (          )                                                                                                        (20  GeV)  (W+4  jets)  pjet

Tcut

pp̄� tt̄� bW+b̄W� � l�l bb̄jj

� l�l jjjjpp̄�Wjjjj

Event  SelecCon  

7/2/12   5  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

· one lepton (e orµ) (pT > 20 GeV, |�| < 2.0)

· at least four jets (pT > 20 GeV, |�| < 2.5)

· highest pjetT > 40 GeV

· one or two b�tagged jets

miss tag prob. = 8 %

ReconstrucCon  of  top  &  anCtop  

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Defini>on  of  Forward-­‐Backward  Asymmetry  of  top    

7/3/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   7  

�y = yt � yt̄

= qlep(yt,lep � yt,had)

AFB =N(�y > 0)�N(�y < 0)N(�y > 0) + N(�y < 0)

Results  

                   distribuCon  

7/3/12   9  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

                 distribuCon  

7/3/12   10  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

100

200

300

400

500 ttW+4 jets

< 450GeVttM

/ dy

[fb]

md

50

100

150

200

250

300tt

W+4 jets > 450GeVttM

• W+4jets  can  have  large  AFB  at  the  matrix  element  level.  

•  However,  AFB  in  W+jets  is  not  observed  in  background-­‐enriched  0  b-­‐tag  sample.      

                                                                         Why?    

7/2/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   11  

Neutrino rapidity may give a hint for this contradiction.

7/2/12   12  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

Neutrino  Rapidity  

Neutrino rapidity has two possibility and this is fixed from the top mass constraint.

Taking right (generated) or wrong rapidity affects on the AFB significantly.

7/3/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   13  

M(lvb) [GeV]100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 30002468

1012141618

right wrong right wrong

< 450GeVttM100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

/ dM

(lvb)

[fb/

GeV]

σd 2468

101214

right wrong right wrong

> 450GeVttM

tt̄

W4j

tt̄

W4j

Neutrino  Rapidity:                      distribu>on      Mt,lep

top mass distributions in W+4jets are almost the same between right or wrong neutrino rapidity

7/3/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   14  

If b-tag introduces a bias to take right neutrino rapidity in Data, W+4jets background could have large AFB in b-tagged events, while 0-tagged events would show smaller AFB.

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

050

100150200250300350 right or wrong

rightwrong

< 450GeVttM

/ dy

[fb]

md

50

100

150

200

250

300right or wrongrightwrong

> 450GeVttM

W + 4jet

W + 4jet

Neutrino Rapidity: distribution �yOne possibility

7/3/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   15  

(top) [GeV]T

p0 50 100 150 200 250 300 350 400

0123456789

10

ttW+4 jets

< 450GeVttM

(top)

[fb/

GeV]

T /

dpmd

123456789

10

ttW+4 jets

> 450GeVttM

   top              distribuCon  pT

                           distribuCon  

7/3/12   16  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

MadGraph  +  PYTHIA  

Summary  •  We  inves>gated  W+4  jets  background  on                  ,                          and                          distribu>ons.  

•  Large                      is  seen  in  W+4  jets  background.  

•  Anomaly  in                          by  D0  may  suggests  BG  contamina>ons  in  signal  than  expected.  

•  Although  this  is  a  naïve  matrix-­‐element-­‐level  study  and  far  from  real  experiments,  it  would  be  helpful  to  re-­‐evaluate  W+4  jets  BG  at  Tevatron.  

7/3/12   17  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

7/3/12   18  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

Back  up  slides  

                 distribuCon  

7/3/12   20  QCD12:  Yoshitaro  Takaesu  

7/2/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   21  

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

100

200

300

400

500 ttrightwrongW+4jrightwrong

< 450GeVttM

/ dy

[fb]

md

50100150200250300350

ttrightwrongW+4jrightwrong

> 450GeVttM

7/2/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   22  

Event  SelecCon  •   #  lepton  (  e  or  mu  )  =  1  (  pT  >  20  GeV,  |eta|<2.0  )  

•   Missing  ET  >  20  GeV  

•   #  jets  >=  4  (  pT  >  20  GeV,  |eta|<2.5  )  

•   delta  Rjl  >  0.4,  delta  Rjj  >  0.4,  delta  Rll  >  0.4      

•   #  b-­‐tagged  jet  =  1  or  2  (  pT  >  20  GeV,  |eta|<2.5)    •   b-­‐tag  efficiency  =  70%  •   miss-­‐b-­‐tag  prob.  =  8  %    

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ReconstrucCon  of  top  &  anCtop  

7/3/12   QCD12:  Yoshitaro  Takaesu   24