ttbar wbwb lnublnub崩壊事象の -...

ATLAS 実験におけるttbar→WbWb→lnublnub崩壊事象のWボソン偏極度測定

日本物理学会春季大会2012年3月関西学院大学

名古屋大学長谷川慧, 戸本誠

2

トップクォークの相互作用と W ボゾン偏極トップ(t)クォーク素粒子中で最大質量(173.3 ± 0.9 GeV)→ 崩壊過程に New physics の寄与が期待できるハドロン化の前に崩壊→ 素粒子として性質を検証できる

t SM+NewPhysics

SM V-A interaction + NP

Contribution from NP

Longitudinal (0) Right handed (R)Left handed(L)

日本物理学会春季大会, 2012年3月, 関西学院大学

btWbtW btWSM では強く抑制される

W ボゾン偏極で分類

pµp�

µ

qµ

L =� g�2b̄�µ(VLPL + VRPR)tW�

µ

� g�2b̄i�µ�q�

mW(gLPL + gRPR)tW�

µ + h.c.

J. A. Aguilar-Saavedra, arXiv:0811.3842

*ecos-1 -0.5 0 0.5 1

* [a.

u]e

dN/d

cos

Left handedLongitudinalRight handed(Scaled)SM

3

Wボゾン偏極度と荷電粒子放出角度

�

W ボゾンの偏極度は荷電レプトンの放出角度θ*分布に反映される

Wボゾン静止系

spin 1

spin 1/2

spin 1/2


SMNNLO *

ATLASdi-lepton 700/pb

F0 0.687 ± 0.005

0.81±0.10±0.14

FL 0.311 ± 0.005

0.25±0.06±0.09

FR 0.0017 ± 0.0001

-0.06±0.05±0.09 (stat) (syst)

(stat) (syst)

(stat) (syst)

(*)A. Czarnecki, J. G. Korner, and J. H. Piclum, Phys. Rev. D81 (2010) 111503

4

トップクォーク対のdi-lepton崩壊モード

特徴的な信号 : 2 leptons, jets>=2, 欠損エネルギー(“MissEt”)

ll = ee, μμ, eμの 3 チャンネル

LHC 陽子陽子衝突型加速器 (重心系エネルギー 7TeV )にて

　　　　　　　　　 (τを経由したe,μ終状態を含む) High-Pt レプトンx2 により高いS/N比が見込める

一崩壊事象に W→lν x 2 なので θ*測定では実質2倍の統計

tt→b jj blν(Single leption channel)と比べて遜色ない


✦ Data- √s=7TeV.- Single lepton trigger.- 1.04/fb (トップクォーク対 17万個)

✦ 事象選別2 LeptonsElectron : Et>25GeVMuon : Pt>20GeVZ mass cut :|Mll-MZ|>10GeV (ee, mm)MissEt > 40GeV (ee, mm)

(was 60GeV in 700/pb analysis)

Ht ≡ Lepton, Jet Pt のスカラー和>130 GeV (emu)# of Jets(Pt>25GeV) >= 2# of b-tagged jets >= 1

MissEt [GeV]0 50 100 150 200

Even

ts /

5 G

eV

1

10

210

310

410

510

610 dimuonATLAS

-1 L dt = 1.04 fb0DataTtbar signalZ+jetsDibosonW+topFakeuncertainty

Mll [GeV]0 50 100 150 200

Even

ts /

4 G

eV

1

10

210

310

410

510

610 dimuonATLAS

-1 L dt = 1.04 fb0DataZ+jetsFakeTtbar signalDibosonW+topuncertainty

Work in progress

Mll[GeV] MissEt[GeV]

nJets0 2 4 6 8

Even

ts

0

200

400

600

800

1000

1200 emuATLAS


Ht [GeV]0 200 400 600 800 1000

Even

ts /

10 G

eV

1

10

210

310emuATLAS


5

トップクォーク対事象の選別


Work in progressWork in progress

Ht[GeV] nJets

Work in progress

6日本物理学会春季大会, 2012年3月, 関西学院大学

トップクォーク対事象の選別

nBJets0 1 2 3 4

Even

ts

0

50

100

150

200

250

300

350dielectronATLAS


nBJets0 1 2 3 4

Even

ts0

100

200

300

400

500

600 dimuonATLAS


nBJets0 1 2 3 4

Even

ts

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 emuATLAS


Signal ee μμ eμObserved 271 484 1119

S/N 13 9 12

tt cross section (pb) 191 ± 42 163 ± 25 175 ± 25-

SM prediction 164.6 　pb と良い一致+11-16

Work in progressWork in progressWork in progress

# of btagged jets# of btagged jets# of btagged jets

θ* の測定 : トップクォークからの粒子 b,l,νを一つの組にし、個々の運動量情報が必要

1: b クォーク由来のジェット 2 本: b-tag + Pt で選別

7

トップクォーク対崩壊事象の再構成

... x2式

... x2式

... x2式


kuro:~/wtb/TruthMatching_Recon/result%

(p�1x , p�1

y , p�1z )

(p�2x , p�2

y , p�2z )

b-tagged jet から two highest Pt jet を選択b-tagged jet が 1 本の場合は、もう 1 本を non-b-tagged jet から highest Pt jet を選択

�

JetI/FSR

l

�l

b

b

tt̄

W

W

�

lW boson rest frame

ATLAS MC work in progress

(pW1 + pj1)2 = m2

t

(pl1 + p�1)2 = m2

W

p�1x + p�2

x = MissEx(mt = 172.5GeV, mW = 80.4GeV)

3: 2本のニュートリノの運動量

-‐

ATLAS MC work in progress

2: t/t クォークを作るレプトン/ジェットのペアΔm を負にするペア{l1,b1},{l2,b2} を採用

8

事象再構成 : Cosθ*分布


CosTheta*-1 -0.5 0 0.5 1

Even

ts /

0.20

0

20

40

60

80

100dielectronATLAS


CosTheta*-1 -0.5 0 0.5 1

Even

ts /

0.20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180 dimuonATLAS


CosTheta*-1 -0.5 0 0.5 1

Even

ts /

0.20

0

50

100

150

200

250

300

350

400 emuATLAS


ee μμ eμReconstructed events 191 354 836

tt reconstruction efficiency 73% 73% 77%

BG rejection 1.7 2.4 1.7

S/N 16 15 15

非常に高い purity のトップクォークサンプルが準備できた

Work in progress Work in progress Work in progress

cos �� cos �� cos ��

-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

emu

ATLAS MCwork in progress

emu channel- Left handed- Longitudinal- Right handed

cos ��

9

テンプレート・フィッティング法での偏極度測定


Systematics F0 FL FRLepton 0.01 0.00 0.00Jet 0.04 0.03 0.02b-tagging 0.00 0.00 0.00信号事象見積もり 0.08 0.05 0.03背景事象の見積もり 0.03 0.02 0.01Luminosity & Pileup 0.01 0.01 0.00テンプレートの統計 0.03 0.03 0.05

テンプレート‣信号事象 : Wボゾンの偏極ごとの MC simulation。‣背景事象 : 前述の背景事象見積もり。全背景事象を合算。

CosTheta*-1 -0.5 0 0.5 1

0

100

200

300

400

500dataFitting Result

Longitudinal

Left handedRight handed

background

All channelsATLAS work in progress

cos ��

ATLAS Work in progress

L =Nbins�

i=1

Poisson(ni;nexp,i)� exp��(nBG � n̄BG)2

2�2BG

�

F0 = 0.920± 0.095(stat.)± 0.104(syst.)FL = 0.172± 0.063(stat.)± 0.074(syst.)FR = �0.092± 0.046(stat.)± 0.057(syst.)

チャンネルごとに測定を行い、結果を数値的に結合(“Best Liner Unbiased Estimator” method)

Likelihood

背景事象数はMCからの期待値で制限

(nexp = nlongitudinal + nLH + nRH + nBG)

10

実効ラグランジアンへの制限


-1 -0.5 0 0.5 1-1

-0.5

0

0.5

1 68% CL 95% CL 95% CL(700/pb)allowed regions

Re(gL)

Re(

g R)

2D limit : gL vs gR


VL = 1, Im(VR) = Im(gL) = Im(gR) = 0.(仮定 : )

-0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

)R

Re(g

)L

Re(g

)R

Re(V

1.04/fb700/pb

1D limit (95%C.L)

L =� g�2b̄�µ(VLPL + VRPR)tW�

µ

� g�2b̄i�µ�q�

mW(gLPL + gRPR)tW�

µ + h.c.

VL = 1VR = 0


11

まとめと今後


トップクォーク崩壊事象中の Wボゾン偏極度測定LHC-ATLAS 実験 √s=7TeV, 1.04/fb のデータトップクォーク対→di-lepton 崩壊事象に注目Lepton, MissEt, b-jets により、高い purity のサンプルを収集b-tag を利用したトップクォーク対事象の再構成SM と無矛盾な結果 : 700/pb の解析を上回る精度を達成

Single Lepton チャンネルとの Combination にて感度向上を目指す


(tt→b jj blν)

backup slides

12

N

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45Nominal

btagSF_HeavyJet_down

btagSF_HeavyJet_up

emu

cos theta*-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

dN/N

-0.4-0.2

00.20.4

13

測定詳細



FR = 0 fixed fitting

NominalBtag SF +1 sigmaBtag SF -1 sigma

�

l

b

W

t


F0 =0.716± 0.048(stat.)± 0.090(syst.)FL =0.284± 0.048(stat.)± 0.090(syst.)

CosTheta* resolution少なくとも一つの b-quarkが

ジェットとして再構成されなかった正しい 2 本の Jet を

選ぶのに失敗したケース

RMS~0.51 RMS~0.52

14

RMS~0.20

正しいジェットを選び正しいLepton/Jet ペアで再構成

RMS~0.55

正しいジェットを選んだが誤った Lepton/Jet ペアで再構成






15

“Fake”の見積もり


Isolation条件を満足 = “tight lepton” ⇔”loose lepton”

Electron : Etcone20 < 3.5GeVMuon : Etcone30 < 3 GeV, Ptcone30 < 3GeV

Tight-Tight を通過する事象のうち,“fake” の割合がデータから定まる

r : Efficiency P(Real lepton → “isolated”) : Z->ll event から見積もるf : fake rate P(fake lepton → “isolated”) : di-jet event から見積もる

[GeV]T

Leading jet p0 50 100 150 200 250 300

Even

ts /

6 G

eV

0

20

40

60

80

100tagged emuATLAS

for approval -1 L = 1.04 pb0

datattbarZ+jetsDibosonSingle TopMisid. lepton

[GeV]T

Leading lepton p0 50 100 150 200 250 300

Even

ts /

6 G

eV

0

5

10

15

20

25

30

35 tagged dielectronATLAS for approval

-1 L = 1.04 pb0datattbarZ+jetsDibosonSingle TopMisid. lepton

[GeV]T

Leading lepton p0 50 100 150 200 250 300

Even

ts /

6 G

eV

0

10

20

30

40

50

60

70 tagged dimuonATLAS for approval


MissEt [GeV]0 50 100 150 200 250 300

Even

ts /

6 G

eV

0

20

40

60

80

100 tagged emuATLAS for approval


16

事象再構成後の Kinematics


work in progresswork in progress

work in progress work in progress

ttbar wbwb lnublnub崩壊事象の -...

Documents