Messung der differentiellen Ladungsasymmetrie in Top-Quark-Paar-Ereignissen am CMS-Experiment CMS PAS TOP

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1 Messung der differentiellen Ladungsasymmetrie in Top-Quark-Paar-Ereignissen am CMS-Experiment CMS PAS TOP Christian Buntin, Thorsten Chwalek, Thomas Müller, Frank Roscher, Jeannine Wagner-Kuhr Institut für Experimentelle Kernphysik, Karlsruher Institut für Technologie Clyde Hopkins, The Privilege of Asymmetry KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Ladungsasymmetrie Interferenz von Feynman-Diagrammen in NLO positiver Beitrag + negativer Beitrag + Sensitive Variable Δ y = y t y t Asymmetrie AC = N + N N ++ N - Theorievorhersage 7 TeV AC = ± TeV AC = ± [H. Kühn, G. Rodrigo] 2

3 Motivation Neue Physik könnte sichtbar werden. Axigluonen, Z', KK-Gluonen Tevatron-Messungen 2-Sigma-Abweichung in inklusiver Messung 3-Sigma-Effekt in Bin m(tt)>450gev Deutlicher Anstieg der Asymmetrie mit m(tt) nur bei CDF arxiv: PRD

4 Differentielle Messungen Private work Messe AC als Funktion sekundärer Variablen y(tt) Größeres AC für hohe y(tt), da höherer Anteil des qq -Produktionsprozesse Private work pt(tt) Trennung von positiven (Born/Box) und negativen (ISR/FSR) Beiträgen des SM m(tt) Sensitiv auf mögliche schwere Teilchen, die in Toppaare zerfallen. Im SM: Höherer qq Anteil bei hohen m(tt) Private work 3 differentielle Messungen Hier: Erklärung anhand Messung in m(tt) 4

5 Daten und MC Datensatz: 8 TeV, integrierte Luminosität 19.8fb -1 Lepton+Jets-Selektion 1 Lepton Elektron mit ET > 30 GeV, η < 2.5 Myon mit PT > 26 GeV, η < 2.1 Mindestens 4 Jets PT > 30 GeV, η < 2.5 Mindestens ein Jet mit b-tag (CSV, medium WP) Modellierung mit Monte Carlo Ausnahme: QCD aus Seitenband (invertierter Isolationsschnitt) Untergrundabschätzung aus Binned-Likelihood-Fit an MW,T und M3 5

6 Rekonstruktion Rekonstruiere Wlep aus Lepton und MET Massen-Nebenbedingung für W-Boson mögliche Werte für z-komponente des Neutrino-Impulses Berücksichtige alle möglichen Jet-Parton-Zuweisungen Wähle eine Hypothese mit Likelihood-basierter Diskriminatorvariable rekonstruierte Massen von tlep, thad und Whad b-tagger-information der verwendeten Jets 6

7 Rekonstruierte Größen 7

8 Entfaltung (inklusive Messung) Nach Untergrundsubtraktion Entfaltung korrigiert Verzerrung der gemessenen Spektren Selektionseffekte: Inversion der Selektionseffizienz Migrationseffekte durch Rekonstruktion: Inversion der Migrationsmatrix Statistische Fluktuationen können durch Entfaltung stark vergrößert werden Regularisierung der resultierenden Verteilungen 8

9 Entfaltung (differentielle Messung) Gleiches Prinzip aber 2d Selektionseffizienz 4d Migrationsmatrix Wahl der Binnings: Flach in den Verteilungen, die in Migrationsmatrix eingehen Rekonstruiertes Spektrum, Generator-Werte der selektierten Ereignisse Erhöht Stabilität der Methode 9

10 Regularisierung Regularisierung der Krümmungen der Abweichung von Signal-MC Fluktuationen werden unterdrückt keine nennenswerte Verzerrung des Ergebnisses Unterschiedlich starke Überlappung zwischen benachbarten Bins Regularisierungsterme gewichtet mit vertikaler Überlappung geteilt durch Höhe des betrachteten Bins o1 o 2 weight= h h 10 h o1 o2

11 Systematiken Wiederhole Messung auf Daten mit veränderten MC-Samples für Methode Dominante Systematiken: Austausch des Signal-MC MC-Statistik vermengt mit systematischen Effekten W+jets-Systematik: Verwende Verteilung aus Seitenbandregion ohne b-tag Entfaltungssystematik: Maximale Abweichungen in Pseudoexperimenten wenn umgewichtet auf Resultate der differenziellen Messungen 11

12 Ergebnisse (inklusiv) 12

13 Ergebnisse (differentiell) Entfaltete Asymmetrie als Funktion von m(tt), pt(tt) und y(tt) Rechnung mit effektiver AxialvektorKopplung des Gluons gibt Vorstellung von Tevatron-Ergebnissen [Gabrielli, Giammanco, Racioppi, Raidal] Keine Anzeichen für neue Physik 13

14 Ausblick Publikation angestrebt Zusätzliche Messung in sichtbarem Phasenraum Christian Buntin, T85.3 Präsentation später in dieser Session Messung der Asymmetrie als Funktion des Betrags der sensitiven Variable geplant Kombination mit ATLAS-Ergebnissen 14

15 Backup 15

16 Backup: Untergrundabschätzung 16

17 Backup: Untergrund-bereinigte Asymmetrie 17

18 Backup: Rekonstruktion Vierervektoren der beteiligten Teilchen rekonstruieren Neutrino MET als Transversalimpuls des Neutrinos Masse von Wlep auf Referenzwert der Ruhemasse setzen Quadratische Gleichung für z-komponente des Neutrinos Wenn mehrere Lösungen: Alle als mögliche Hypothesen beibehalten Wenn komplexe Lösungen: x- und y-komponente des Neutrinos variieren, bis zkomponente reell wird Wlep aus Neutrino und Lepton Alle möglichen Jet-Parton-Zuweisungen als Hypothesen berücksichtigen Definition bester Hypothese auf MC: Kleinste Distanz zu MC-Wahrheit in η-φ-koordinaten für die beiden Top Quarks und die beiden W-Bosonen Auswahl einer Hypothese mit Likelihood-Kriterium Wahrscheinlichkeit, dass beste mögliche Hypothese - in Abhängigkeit der rekonstruierten Massen von tlep, thad, Whad (linear dekorreliert) Wahrscheinlichkeit für Jet-Zuordnung zu b-quark in bester möglicher Hypothese - in Abhängigkeit des b-tagger-ergebnisses 18

19 Backup: Differentielle Ergebnisse 19

20 Untergrundabschätzung Fit in 4 Bereichen MTW für MTW<50 GeV M3 für MTW>50 GeV Elektron+Jets and Myon+Jets separat Verteilungen werden aus MC-Samples genommen Ausnahme Multijet: DatenSeitenband mit invertierten Schnitten für die Lepton-Isolation Private work Private work Private work Private work Nebenbedingung: Single Top und Z+Jets auf Theorievorhersage 20

21 Untergrundabschätzung 21

22 Backup: Entfaltungssystematik 3 Umgewichtungsszenarios: Reproduziere Messergebnisse der differentiellen Messungen in m(ttbar) pt(ttbar) y(ttbar) Umgewichung wird linear durchgeführt, unter Verwendung der Ergebnisse der Linearitätschecks. Für jede Messung (inklusive, 3+1 differentielle): Entfalte umgewichtete ttbar-verteilungen der 3 Szenarios mit der nominalen Methode Die Systematik ist dann die maximale beobachtete Abweichung zwischen umgewichteter wahrer Asymmetrie und entfalteter Asymmetrie in den 3 Szenarios 22

23 Backup: Ergebnisse (differentiell) Zusätzliche Entfaltung mit nur 2 Bins in m(tt), Grenze bei 450 GeV Hohes Bin hat stärkstes Ausschlusspotential aller unserer Messungen 23

24 Backup: Ausblick Möglichkeiten für zukünftige Asymmetrie-Messungen: Reduktion der Systematiken Messung der leptonischen Asymmetrie im Lepton+Jets-Kanal Messung in Boosted Regime mit Subjet/Filterjet-Methode Westhoff-Observablen 24