• branching ratio
• production cross section
• top quark

Nel Modello Standard delle interazioni fondamentali, il quark top completa con il quark bottom
la terza generazione di quark. Predetto giá nel 1973 da Kobayashi e Maskawa, fu scoperto solo nel
1995 durante il Run I del Tevatron dagli esperimenti CDF e DØ .
Il quark top é la particella elementare piú pesante conosciuta ad oggi con una massa di 173.20
± 0.87 GeV (stat + syst), molto vicina alla scala della rottura di simmetria elettrodebole. Una
altra proprietá importante del quark top é la brevitá della sua vita media ( 5 × 10^−25 s), all’
incirca 20 volte minore della scala dei tempi delle interazioni forti, che fa sí che il quark top
decada debolmente prima di adronizzare, rendendo possibile lo studio di un quark nudo. Il Modello
Standard prevede che il quark top decada in quark di tipo down (d,s,b) con ampiezza proporzionale
a | Vtq |2, elemento della martice di Cabibbo-Kobayashi-Maskwa (CMK) che collega i due quark.
Se ipotizziamo l’esistenza di 3 sole generazioni di quark, per l’unitarietá della matrice CKM, dalle
misure precedenti di | Vtd | e | Vts | , si ottiene | Vtb |= 0.99915+0.00002
−0.00005 quindi il quark top decade
quasi esclusivamente in Wb. Se esistesse una quarta generazione di quark il valore di | Vtb |
potrebbe essere minore, cambiando le proprietá di decadimento del quark. Una misura diretta
di | Vtb | si puó ottenere misurando la sezione d’ urto del processo di produzione di top singolo,
oppure puó essere stimata analizzando il decadimento di coppie ttbar. Definiamo R come il rapporto
tra l’ ampiezza di decadimento del quark top in quark b e la somme delle ampiezze di decadimento
del quark top in ogni tipo di quark down.
R = B(t -> Wb)/B(t ->Wq) = | Vtb |^2 / (
| Vtd |^2 + | Vts |^2 + | Vtb |^2).
Con le assunzioni fatte sopra, il valore atteso di R é = 0.99830+0.00006
−0.00009.
Negli anni, CDF ha misurato varie volte R, utilizzando eventi ttbar combinando i risultati in
campioni che differivano nello stato finale: lepton + jets (l + jets), campione in cui un bosone W
decade leptonicamente e l’altro decade adronicamente, e dilepton (DIL), campione in cui entrambi
i bosoni W decadono leptonicamente. La prima misura del Run II, effettuata utilizzando entrambi
gli stati finali, é R= 1.12+0.21
−0.19(stat)+0.17
−0.13(syst), con dati corrispondenti a una luminositá integrata
di 162 pb−1. Anche DØ nel 2011, ha misurato R con 5.4 fb−1 di dati, ottenendo R= 0.90 ± 0.04
(stat+ syst). Visto che il risultato di CDF era dominato nell’errore dalla poca statistica accumulata,
recentemente si é deciso di fare una nuova misura di R con i dati raccolti da CDF, che corrispondono
ad una luminositá integrata di 8.7 fb−1. L’ analisi nel campione di l+jets é stata fatta facendo un
fit simultaneo della sezione d’urto e di R, ottenendo per la sezione d'urto di produzione ttbar 7.5±1.0 (stat+syst) e R= 0.94±0.09
(stat+syst).
Oggetto di questa tesi é l’ analisi di R nel campione dileptonico. Essendo il nostro segnale
(ttbar -> W+qW−qbar -> q qbar l+ l- nu nu), abbiamo selezionato gli eventi richiedendo 2 leptoni carichi, elettroni
o muoni, energetici e di carica opposta, almeno 2 jet e energia trasversa mancante per
la presenza di neutrini. La misura é articolata in due passi. In un primo momento, tramite
unópportuna selezione, si sono stimati il numero di eventi del segnale di t tbar nei dati e il numero
degli eventi di fondo. Questi possono essere originati altri processi fisici con segnatura comune
al ttbar(WW,WZ,ZZ,DY,W +fotone) o dovuti a effetti del rivelatore (fake leptons). Gli eventi di fondo
sono stati stimati sia con l'uso di simulazioni Monte Carlo, sia con metodi data driven. Ottenuti il
numero di eventi aspettati e selezionati, abbiamo misurato la sezione d'urto di produzione ttbar, ottenendo 7.05 ± 0.53stat + 0.42lumi pb.
In un secondo momento abbiamo utilizzato l’ algoritmo di tagging SecVtx, basato sulla ricostruzione
di vertici secondari, per identificare i jet provenienti da quark b. La nostra strategia in
questo caso é stata utilizzare la sezione d'urto di produzione ttbar trovata in precedenza soltanto con richieste cinematiche, e
l’efficienza di tagging per fare una predizione sullo stato finale in un evento. Abbiamo suddiviso i
nostri eventi a seconda dello stato finale dileptonico (ee, eμ, μμ) e del numero di jet b-taggati(zero, uno e due tag). Abbiamo comparato i dati rilevati e le predizioni totali, somma degli eventi aspettati
di ttbar e dei fondi, con una funzione di Likelihood. Abbiamo stimato R con il valore che massimizza
la Likelihood, cioé che rende massimo l’accordo tra il nostro modello e i dati, ottendendo
R= 0.86 ± 0.06. Assumendo l’unitarietá della matrice CKM e tre generazioni di quark, si misura
indirettamente |Vtb| = 0.93 ± 0.03.