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Top夸克 @ LHC 祝成光 山东大学高能物理组 t夸克概述 t夸克研究内容 研究计划 计算能力 一、t夸克概述 1.1 t夸克 t夸克迄今为止发现的质量最大的基本粒子。 质量延伸到电弱尺度（～200GeV）的唯一粒子，是研究电弱对称破缺的一个重要窗口。 1994年，t夸克首先在Tevatron上发现，但是由于产生截面很小，仅仅观察到十多个t夸克事例，测量统计误差很大。 LHC低亮度工作，一年就有8百万t夸克对产生，是名副其实的t夸克工厂。 标准模型是一个“完美”理论，除了SM黑格斯粒子，标准模型预言的其他粒子都已经在实验上找到，而且理论预言的数值和实验测量值在很高的精度上保持了一致性。 虽然如此，标准模型并不是一个最后的理论，标准模型以外还存在着新的物理，“大统一”的理论应该能够包罗万象。 标准模型能够确切地描述t夸克的性质……，但是实验才是检验一切理论的唯一标准。t夸克的质量出现在我们所认知的高能的最前端，对它的研究必然最敏感的触及新物理。 1.2 SM中，夸克对的产生和衰变 在LHC上： 夸克对通过胶子或夸克反应产生。（833pb @LHC低亮度工作一年）。 1.3 SM中，单t夸克的产生和衰变 在LHC上： 单夸克可以通过如下 三种反应获得。（244pb+60pb+10pb @LHC低亮度工作一年) 二、t夸克的研究内容 t夸克质量的测量： 在标准模型中，t夸克质量可以在理论上约束黑格斯粒子的质量。 t夸克的产生和衰变的研究将有助于新物理的发现。 对重粒子（t夸克共振态）的寻找 对t夸克对自旋关联的研究，可以对标准模型进行验证。 通过对稀有衰变产生截面的测量岩寻找新物理存在的信息 另外，t夸克衰变产物是TeV量级其他衰变道研究的主要背景，因此对于t夸克产生和衰变的理解都是很重要的。 2.1 t夸克质量的测量 SM中，辐射修正将t夸克质量和W质量与SM黑格斯粒子的质量联系在一起。如果W的质量测量精度可以达到±20MeV,t夸克的质量需要达到±2GeV. 2.1.1 产生率最大的all－jet道 粒子喷注存在很大的背景，t夸克对的jets难以从其背景中分拣出来，另外，触发也存在一定的难度 重建：使用W质量约束两个jet，使用t夸克和反夸克质量相等约束t夸克对重建，将S/B升为1/57. 进一步的判选方法研究→提高S/B 2.1.2 轻子＋强子道 一个带电轻子和中微子的存在可以有效的提高S/B 主要的背景来源于多jet、W＋jet、Z＋jet的产生和衰变，而WW、WZ、ZZ引起的背景在轻子判选后已经被压缩到很小。 一个带电轻子和中微子的存在可以有效的提高S/B 主要的背景来源于多jet、W＋jet、Z＋jet的产生和衰变，而WW、WZ、ZZ引起的背景在轻子判选后已经被压缩到很小。 重建过程：根据能损重建中微子的四动量后，和轻子一起作为事例的判选条件。使用W质量约束jets重建、然后根据动力学拟合使用W和另外的b jet构建t夸克。 拟合jjb不变质量得到统计误差小于±0.070GeV. 而且拟合峰值和模拟使用的t夸克质量很好的符合。 由于t夸克对在LHC的巨大的产生率，判选条件可以更加严格，例如，只判选大动量的t夸克对，这时的两个t夸克衰变在探测器中很容易分离开来，Wb误匹配率有效减少。统计误差仍可控制在±0.25GeV 系统误差 大动量的t夸克的衰变产物局限在很小的区域之内，在量能器中，末态的粒子喷注中能量的逃逸、两个粒子喷注的重叠都会使t质量的重建精度下降。 在上述判选基础之上，使用jjb重建，t夸克动量方向确定出来，然后，以t夸克动量方向为中心，将较大范围内的量能器能量累计起来，计算t夸克的质量 2.1.3 双轻子衰变道 双轻子衰变提供两个高能轻子，两个中微子（能损），两个b jets。作为t夸克质量测量的有益补充 由于中微子的能损，重建t夸克变得异常复杂，因此可以讨论通过多个动力学拟合来确定最佳能量。 由于t夸克衰变的动力学分布和t夸克质量相关，因此可以用来反映t夸克质量，但是精度决定于蒙特卡罗模拟的可信度。 2.2 t夸克共振态和自旋关联 SM中，t夸克产生截面可以精确地计算，主要是误差来源于LHC积分亮度的测量，而可能存在的衰变成t夸克对的重粒子将在物理上影响测得的t夸克对产生截面。 强作用产生的t夸克对是非极化的，然而，t夸克对的自旋是相关联的，t系统的大CP破坏会影响这种自旋关联。因而对t夸克对自旋关联的测量有重要的意义。 2.2.1 寻找t夸克对共振态 scalar or pseudoscalar Higgs resonances, interference can occur between gg→H/A→tt and gg→tt. The possible e