• PHI METHOD

In questa tesi si descrive un nuovo metodo per la misura della massa del quark top con l'esperimento CDF al collisionatore Tevatron di Fermilab (Batavia, Il, USA).

Il quark top viene prodotto in coppie top-antitop nelle collisioni di protoni e antiprotoni all'energia di 1.96\ TeV nel centro di massa. Tali coppie seguono tre possibili canali di decadimento: "all-hadronic", "lepton+jets" e "dilepton", dando luogo a configurazioni diverse e a diverse osservabili nello stato finale. In questa analisi è stato usato il canale dileptonico t+tbar -> (W+ + b)+(W- + bbar) -> (l+ + nu + b)+(l- + nubar + bbar) per la misura della massa del quark top.

Questo canale, in cui i bosoni W decadono entrambi leptonicamente, ha il pregio di un buon rapporto segnale/fondo, al prezzo di una cinematica non completamente determinata dalla misura, data la presenza di due neutrini nello stato finale, e di una bassa statistica. La misura della massa in questo canale è tuttavia importante per assicurare, mediante la consistenza con le misure negli altri canali, che nel campione non vi sono contributi da processi diversi di quello ipotizzato.

Il metodo da noi usato per ricostruire la massa del top quark è una versione del cosiddetto Template Mass Method (TMT), in cui si sfrutta il paragone fra distribuzioni di osservabili sensibili alla massa del top in eventi simulati e nei dati. Questa misura è un risultato ufficiale di CDF: essa si colloca ai primi posti in questo canale per quanto riguarda la sensibilità ottenuta. I miglioramenti inseriti nel nostro metodo di analisi sulla scorta dell'esperienza passata, oltre che, naturalmente, l'aumentata statistica che si è resa disponibile nel tempo hanno reso possibile il raggiungimento di tale traguardo.

Il nostro metodo di analisi, chiamato "PHI method", fissa il valore degli angoli azimutali dei due neutrini, ricostruisce evento per evento la massa invariante scegliendo quella corrispondente alla ricostruzione che meglio si adatta ad un evento top-antitop. Dopodichè reitera la procedura variando le due variabili fissate e fa una media opportunamente pesata di tutte le masse invarianti restituite.

Una volta ottenute le masse evento per evento si procede col "likelihood fit" finale: la distribuzione in tale massa proveniente dai dati viene confrontata con quelle costruite a partire da eventi simulati per il segnale e fondi ("templates"), dal momento che ogni singolo evento selezionato dai dati può essere un evento top-antitop dileptonico o un evento di fondo. Il risultato di questo paragone restituisce in uscita il nostro miglior estimatore della massa del top.
Il fit viene fatto usando la likelihood, una funzione di distribuzione costruita sommando i templates di fondo, pesati in base alle frequenze aspettate, e il template di segnale, dipendente dalla massa del top. Il metodo ha successo perchè questa distribuzione risulta comunque fortemente dipendente dalla vera massa del quark top.

Rispetto alle precedenti misure della massa con il metodo dei templates in questo canale abbiamo apportato i seguenti miglioramenti:

1) Utilizzo della selezione lepton+track ("LTRK"), che è meno vincolante rispetto alla selezione che richiede l'identificazione di due leptoni ("DIL") e dà un incremento significativo della statistica utilizzabile, al prezzo di una modesta diminuzione del rapporto segnale/fondo.

2) Utilizzo nella ricostruzione degli eventi di distribuzioni Breit-Wigner relativistiche e larghezza di decadimento del top dipendente dalla sua massa come previsto dal Modello Standard. Il risultato è una sensibile riduzione dell'errore statistico da cui l'estimatore della massa del top è affetto.

3) Costruzione tramite accurate simulazioni delle funzioni di trasferimento che, a partire dall'impulso del getto misurato, ricostruiscono l'impulso del partone da cui esso proviene.

4) Una diversa procedura per la stima del fondo dovuto a eventi mal misurati ("fakes"). Tale contributo è stato stimato direttamente usando i dati, mentre in passato veniva fatto partendo da eventi di produzione di "W+jets" simulati in QCD.

In questa tesi il contributo personale del candidato è stato in primo luogo la selezione degli eventi lepton+track, su cui si basa tutto l'impianto suddetto, la stima dei fondi, in particolar modo quelli relativi ai "fakes", che ne costituiscono la maggiore fonte, e la valutazione di alcuni contributi all' errore sistematico sull'estimatore della massa del top. Un intenso lavoro in stretta collaborazione col dr. Igor Suslov è stato fatto per testare, raffinare e concludere la misura.


I piani per il futuro prevedono che il codice di selezione entri a far parte degli archivi ufficiali di analisi a disposizione della Collaborazione. Attualmente (dicembre 2007) è iniziata la procedura interna preliminare alla pubblicazione del risultato. Dopo la pubblicazione il risultato ottenuto sarà utilizzato nella stima
combinata della massa del top al Tevatron.