Исследуемые процессы

В предыдущих главах был описан феноменологический подход к поиску электрослабого рождения топ кварков и пояснены основные мотивы таких исследований. В настоящее время экспериментальный поиск доступен только на коллайдере Tеvatron (ФНАЛ, США). Автор диссертации принимал непосредственное участие в эксперименте DØ и в анализе данных при поиске одиночного рождения топ кварков на DØ детекторе. В работе по анализу данных использовались генераторы, описанные в главе I, и наработки проведенного феноменологического анализа. В данной главе описывается экспериментальный классический метод анализа и приводятся его результаты. В следующей главе представлен дополнительный анализ на основе нейронных сетей, позволивший существенно улучшить результаты классического анализа. Все детали проведенных экспериментальных исследований можно найти в двух отчетах (ФНАЛ) [18](200 страниц), [20](100 страниц). Ниже описываются основные этапы исследований, приводятся наиболее важные промежуточные таблицы и полученные результаты.

В предыдущих главах было отмечено, что требование на регистрацию $b$-струи при отборе событий сильно понижает вклад фона. Применение этого требования вместе с классическими методами анализа данных дает возможность впервые поставить прямые экспериментальные ограничения на сечение электрослабого рождения топ-кварка на существующих данных. Ниже описывается экспериментальный анализ, проведенный классическими методами на данных, полученных в течении Run I (1992-1996 г.г.) с использованием DØ детектора на коллайдере Tevatron. Требование присутствия мюона в струе использовалось как основной метод для идентификации $b$-струи.

Исследовались два основных процесса электрослабого рождения топ кварков, s-канальный и t-канальный. Процессы и способы моделирования описаны в предыдущих главах. Дополнительно для всех Монте-Карло событий было проведено моделирование отклика DØ детектора и программ реконструкции. Процессы идентифицировались по наличию одного изолированного электрона или мюона и незарегистрированной поперечной энергии, которые предположительно идут от распада $W\to l,\nu$. Дополнительно, событие должно содержать от двух до четырех струй, причем как минимум в одной струе должен присутствовать мюон, идентифицирующий струю как идущую от $b$-кварка.

Основными фоновыми процессами после применения таких условий будет парное рождения $t$-кварков в сильных взаимодействиях (ниже обозначается $t\bar t$), многоструйные КХД события с ложной идентификацией одной из струй как электрона (ниже обозначается QCD), рождение $W$-бозона в ассоциации с двумя и более струями ($Wjj$). Для моделирования парного рождения $t\bar t$ использовался пакет HERWIG [35], далее проводилось полное моделирование отклика DØ детектора и программ реконструкции. Вклад многоструйных КХД событий с ложным электроном оценивался экспериментально с использованием данных DØ. Многоструйные события нормировались на вероятность идентификации струи как электрона для каждой струи, удовлетворяющей требованиям по $E_T$ и $\eta$ для электронов. Вероятность ложной идентификации определялась на том же наборе многоструйных событий, но с требованием $\mbox{$\not\!\!E_T$}$$< 15$ ГэВ и составляла $(0.0160\pm 0.0016)\%$ для ${\mbox{$\vert\eta^{\rm det}\vert$}}<1.1$ и $(0.0622\pm 0.0048)\%$ для ${\mbox{$\vert\eta^{\rm det}\vert$}}>1.5$. Метод, использованный для вычисления этой вероятности, является стандартным для DØ коллаборации и описан в работе [18], он основан на фитировании отношения количества электронов в отобранных КХД событиях к числу струй, которые проходят кинематические обрезания для электрона. Результаты фитирования показаны на рисунке 3.1.

Figure 3.1: Вероятность ложной идентификации адронной струи, как электрона в зависимости от $E_T$ струи. В центральной части калориметра (CC) и крайней части калориметра (EC).

Вклад фоновых событии от $Wjj$ оценивался с помощью функций вероятности $\mu$-тагирования (tag-rate functions), примененных к нетагированным событиям, прошедшим все необходимые обрезания. Метод является стандартным в DØ коллаборации и его полное описание можно найти в [18]. Функции вероятности $\mu$-тагирования измерялись на многоструйных КХД событиях (на большой статистике) и имеют смысл относительной вероятности того, что струя с заданными $E_T$ и $\eta$ имеет тагирующий мюон. Образцы были скорректированы на небольшое отличие в эффективности триггеров для тагированных и нетагированных событий. Мюонный канал (поиск для моды $W\to \mu,\bar \nu_\mu$) был скорректирован на дополнительный фактор $0.688\pm 0.034$, учитывающий эффект обрезания по $\Delta\phi$ (описан ниже), которое используется для уменьшения вклада космических мюонов. В заключение, для предотвращения двойного учета, была проведена процедура вычитания ожидаемого вклада событий от $t\bar t$, $QCD$ и сигнала.