ТОП кварк на LHC : от наблюдения к точным измерениям В.Щегельский Сессия Ученого Совета ОФВЭ 25 Декабря 2008

Выводы Точность измерения массы топ кварка - 13 лет- во ФНАЛ определяется систематикой ~1 ГэВ. Нужно лучше в несколько раз. В первом же сеансе LHC количество произведенных топ кварков может быть несколько больше, чем во ФНАЛ. Кинематические характеристики очень напоминают ФНАЛ. Лучше не сделать ( анализ АТЛАСа). Как жить дальше? Искать источник систематики. Измеренные энергии струй много меньше энергий партонов. Причина не только в методах. Можно поправить (теория -модель). Правило: систематическая ошибка ~10% поправки ; доказано временем и ФНАЛ тоже. LHC - фабрика топ кварков. Есть места ФП, где все не так плохо. Кто ищет - тот найдет.

Почему так интересно ?

первые наблюдения топ кварка во ФНАЛ

Систематическая ошибка - определяющая X-section at 7+7 TeV (LHC) 800 pb; X-section at 5+5 TeV (LHC) 400 pb; FNAL – 7 pb

Планы : Осень первые столкновения 5+5 TeV. Постепенное повышение интенсивности. Надежда- произвести не меньше топ- кварков, чем ФНАЛ пар уже в первом сеансе

Распределение по поперечному импульсу кварков похожи

Нерелятивистская кинематика: t->Wb->qqb (Wb) - back-to-back (qq) - back to back почти; импульс W сравним с импульсом q: минимальный импульс Pq~10 GeV : стабильные частицы в струях- мягкие: магнит выметает ~ 50%

Анализ - как во ФНАЛ. Результат - не лучше. Первое наблюдение топ кварка….. на LHC. Где источник большой систематики ? Исключить технические причины: алгоритмы совершенны, приборы идеальны. Но геометрия прибора и магнитное поле. В Монте Карло - происхождение стабильных частиц известно.

Соберем все частицы от топ кварка : масса 165 ГэВ. Сформируем из частиц струи конусе 0.4 с осью вокруг направления партонов от распада топ кварка : масса 147 ГэВ

Большие потери частиц : ограниченные размеры и магнитное поле; частицы вне конуса. В «реальном» анализе частицы не мечены, а конусы сильно перекрываются. Собрал частицы в конусе не глядя на происхождение и забыл происхождение партонов.

Комбинаторика.

Громадный комбинаторный фон. Необходим отбор событий с большими поперечными импульсами топ кварка.

Уменьшение комбинаторного фона может быть достигнуто мечением b кварка и отбора событий с лептонным распадом одного из W. Стандартный анализ (МС) показал, что систем ошибка в массе будет более 1 ГэВ. Подтверждается правило : систем ошибка ~10% вводимых поправок.

Калибровка энергетической шкалы струй - отдельная проблема. b струи отличаются от струй легких кварков.

Нужно отбирать события с малыми потерями частиц струй

Пик инв масс 3 струй зависит от поперечного имп топ кварка. Комв фон «убегает» из под пика: при Pt>200 ГэВ нет проблем с комб фоном

Хорошо - да мало: несколько процентов ФНАЛ данных, и 10% для LHC Да и не так уж хорошо: поправка еще велика

Для LHC нет проблем со статистикой: при интегральной светимости 20 фб(-1) будет произведено тор кварков в раз больше, чем накоплено во ФНАЛ: 10**7 сек работы при «низкой» светимости 2*10**(33) см(-2)сек(-1).

При отборе событий с Рt(top)>1000 ГэВ положение пика будет отличаться от «истинного» на 3 ГэВ. Введение такой поправки с точностью 10% приведет к сист ошибке 300 МэВ. Стат ошибка будет менее 100 МэВ.

Значительное улучшение точности в измерении массы топ кварка станет возможным при отборе событий с Pt(top)>1000 ГэВ. Необходимая статистика будет набрана уже в первый год работы LHC c официально низкой светимостью.