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ATLAS 実験におけるトップクォーク崩壊事象中のW ボゾン偏極度測定
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14
名古屋大学 長谷川 慧
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トップクォーク崩壊中のWボゾン偏極度測定
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
トップクォーク : 最大質量素粒子(172 GeV)-> 崩壊事象中に New physics の寄与が期待できる
t SM+NewPhysics
SM V-A interaction + NP
Contribution from NP
SM+NP→
W btLongitudinal
(0)
Right handed(R)
Left handed(L)
arXiv:0811.0344v3
-0.03 ± 0.06 ± 0.03
0.66 ± 0.16 ± 0.05
CDF experiment
(stat) (syst)
(stat) (syst).
SM LOSM tree, mb→0
FR = 0
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Wボゾン偏極と荷電粒子放出角度
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
ν
t
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
LeftLongitudinalRight(scaled)SM
トップクォークからの - 荷電レプトン - ニュートリノ - ボトムクォークジェットの運動量を再構成することが必要
cosθ
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ATLAS実験での解析ターゲット
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
LHC 加速器
44m
25m
Human
Inner detectorATLAS検出器でみる di-lepton
EM, Hadron calorimeter
Muon spectrometer
荷電粒子の運動量測定Electron ID
粒子のエネルギー測定bクォークジェットを再構成
Muon ID, 運動量測定
ニュートリノ:
重心系エネルギー 7TeV 陽子陽子衝突型加速器トップ・反トップクォーク対生成断面積 ~160pbtt->blνblνのdi-lepton モード(l=e,μ)でも~8pb2010年に 35/pb 収集 今年で1/fb 目標 : 8,000 事象
Solenoid Magnet 2TTroid Magnet 2~6Tm
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トップクォーク対生成事象の選別
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
t
t ν
ν
2010年に収集した 35/pb データ解析
トリガー : 高い横運動量 PT を持つレプトンに感度
Pt > 20GeV, |η|<2.5
異符号のレプトン二つ
| mll - mZ | > 10GeV
Z→ll Background 対策
2本のニュートリノ
MissEt > 40GeV
2本以上のジェット
Pt > 20GeV, |η|<2.5(ee,μμ)
(ee,μμ)
(eμ)
Z→ττ→eννμνν Background 対策
muon : Pt > 10 or 13GeV ,
electron : Pt > 15GeV
QCD Background 対策周囲の粒子が少ない(isolated)
dR < 0.3 に ΣPt < 4GeV, ΣEt < 4GeV
dR < 0.2 に ΣEt < 4GeV
(μ)(e)
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トップクォーク対生成事象の選別
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
全ての選別適応後 data
MCMCMCMCMC selectionefficiency
全ての選別適応後 data
MC all signal Z+jets single top di-bosonselectionefficiency
ee 14 14.1 10.6 2.3 0.6 0.5 0.11mumu 31 27.1 20.1 4.8 1.3 0.9 0.20e/mu 57 54.1 45.8 3.4 2.4 2.0 0.23
nJets0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Even
ts
0
2
4
6
8
10
12
14
16dielectronATLAS
work in progress
-1 L = 35.3 pb datattbar signalttbar BGQCDDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
ジェット以外の全ての選別の適用後
ee, mumu channel の差は lepton ID efficiency ( electron:~75%, Muon:~100%)
nJets0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Even
ts
0
5
10
15
20
25
30 dimuonATLAS
work in progress
-1 L = 35.3 pb datattbar signalttbar BGQCDDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
nJets0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Even
ts
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45 emuATLAS
work in progress
-1 L = 35.3 pb datattbar signalttbar BGQCDDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
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トップクォーク対崩壊事象の再構成
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
[step 1] トップ・反トップクォーク由来のジェットの決定
[step 2] ニュートリノの運動量(px,y,z) x 2 = 6つの未知数
Highest Pt ジェット 2 つを使用Lepton - Jet のペアを決める
vs
横方向での運動量保存則 2 式連立方程式
→ 最大 4 個の解
→ 解無し mtop = 172.5 ± 1.5 x n GeV(n=1,...,10)に置き換える 逆の Lepton-Jet ペアを試す
最小の を与える解を採用
RMS = 0.43
W ボゾン の mass constraint(80.2GeV)トップクォーク の mass constraint(172.5GeV) work in progress
[GeV]
ttbarinvariant mass
(truth)
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CosTheta 分布
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
# of ttbar events e/e mu/mu e/mudata 7 23 41
MC all 10.5 19.5 43.3Signal MC 8.4 16.5 37.8Z+Jets BG 1.4 1.8 2.6
CosTheta-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Even
ts /
0.20
0
1
2
3
4
5
6
7
8 dielectronATLAS
work in progress
-1 L = 35.3 pb datattbar signalttbar BGDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
CosTheta-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Even
ts /
0.20
02
4
68
1012
14
1618
2022 dimuonATLAS
work in progress
-1 L = 35.3 pb datattbar signalttbar BGDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
CosTheta-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Even
ts /
0.20
0
5
10
15
20
25
30emuATLAS
work in progress
-1 L = 35.3 pb datattbar signalttbar BGDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
23x2=46 entry7x2=14 entry 41x2=82 entry
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cosθ 分布に掛かるバイアス
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10.1
0.15
0.20.25
0.30.35
0.4
0.45
Cos-1 -0.8-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500Cut6_TruthCosThetaCut6_TruthCosTheta
2 recon muons, Pt>20GeV, |eta|<2.5
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9Cos
-1 -0.8-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500Cut13_TruthCosThetaCut13_TruthCosThetaMissEt > 40GeV
tb-jet
lepton
missEt
Wtheta
Muo
n M
omen
tum
cosθ_truth w/o cutcosθ_truth w/ cut
Ratio
トリガー、事象選別・再構成により cosθ が歪む
work in progress work in progress
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Template method による偏極度の測定
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Input FL-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Mea
sure
d FL
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7dimuon
FLF0
FR
dimuon
dimuon
MC サンプル の cosθ分布をテンプレートにし、 バイアスを全て吸収させるMC疑似データでの検証各点{F0,F0,FR}で1,000 サンプル作成500/pb相当
FL;F0:FR=0.3:0.7:0.0work in progress
work in progress
work in progress
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Template method による偏極度の測定
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
2
4
6
8
10
12
14
16
18
-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
1
2
3
4
5
6
-1 -0.8-0.6-0.4-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
5
10
15
20
25
PRELIMINARY PRELIMINARY PRELIMINARY FL = 0.10 ± 0.29 F0 = 0.90 +- 0.42
FL = 0.22 ± 0.53 F0 = 0.78 ± 0.70
FL = 0.38 ± 0.22 F0 = 0.62 ± 0.23
work in progress work in progress work in progress
ee channel μμ channel eμ channel
data から MC で見積もったBackground を差し引くFR = 0 でfix とした
(stat) (stat) (stat)
F0 FL Background
CosTheta-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Even
ts /
0.20
0
20
40
60
80
100
120
140 emuATLAS
work in progress
-1 L = 204.6 pb datattbar signalttbar BGQCDDiboson+JetsZ+JetsSingleTopuncertainty
VERYPRELIMINARY夏までに > 500/pb のデータ収集を見込む
既に ~200/pbを収集し、順調なスタート
High luminosity 環境下のためデータの様相が去年とは変わりうる
- 1 Bunch Crossing に複数回の interaction
- Bunch 間隔の短縮のため検出器応答の”残像”が邪魔に
Missing Et resolution, lepton isolation に影響
本解析への影響を理解する必要がある
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2011年の展望
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
VERYPRELIMINARY
2010 2011
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まとめ
高エネルギー物理 春の学校 2011/May/13,14 長谷川慧
トップクォーク崩壊事象中のWボゾン偏極度測定
トップクォーク対→ di-lepton モードに注目
35/pb データ解析
崩壊事象を完全に再構成し、Wボゾンからの荷電レプトン放出角度を測定
71事象を再構成
MC にもとづいたCosθ テンプレートを用いてWボゾン偏極度測定
本手法に測定能力がある事を確認
500/pb(今年夏頃) にて ~0.1 の統計誤差 (単独チャンネル) で測定可能
