Eine Suche nach in Proton-Proton-Kollisionen produzierten Paaren von vektorartigen T'-Quarks in den mit dem CMS-Experiment bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV aufgezeichneten Daten wird vorgestellt. Diese Suche ist für Zerfälle der T'-Quarks in Top-Quarks und Higgs-Bosonen optimiert, in denen die Top-Quarks und Higgs-Bosonen hadronisch zerfallen. Ein Massenbereich für das T'-Quark von 500 bis 1000 GeV wird untersucht. Die in Zerfällen der schweren T'-Quarks produzierten Top-Quarks und Higgs-Bosonen weisen großen Lorentz-Boost auf. Das kann dazu führen, dass die Signaturen der Teilchen im Detektor überlappen. Dies erschwert die klassische Rekonstruktion der verschiedenen Teilchen in einzelnen Jets.
Jets mit großen Radien werden rekonstruiert und Subjets aus ihren Bestandteilen geformt. Die Zerfallsprodukte von Teilchen mit großem Lorentz-Boost liegen sehr nah beieinander und können daher allesamt innerhalb eines einzelnen Jets gefunden werden. Sogenannte Top-Jets enthalten hadronische Zerfälle von Top-Quarks. Top-Tagging-Algorithmen dienen ihrer Identifizierung mittels Analyse der Jetsubstruktur. Ein b-Tagging-Algorithmus wird auf die rekonstruierten Subjets angewandt, um Bottom-Quarks in der Jetsubstruktur zu finden. Um Higgs-Bosonen mit großen Lorentz-Boosts zu erkennen, die in Paare von Bottom-Quarks zerfallen, sucht der Higgs-Tagging-Algorithmus innerhalb der Jets nach zwei Subjets, die vom Subjet-b-Tagging-Algorithmus markiert wurden. Dies ist die erste Verwendung eines Top-Tagging-Algorithmus in Kombination mit einem Subjet-b-Tagging-Algorithmus in einer Analyse von CMS Daten. Außerdem wird zum ersten Mal ein Higgs-Tagging-Algorithmus in einer Suche nach neuer Physik angewendet.
Der Untergrund zu dieser Analyse besteht hauptsächlich aus in Paaren produzierten Top-Quarks und QCD-Multijet-Ereignissen. Mehr als 99% dieser Ereignisse werden in der Ereignissselektion aussortiert, während 6-8% der Signalereignisse ausgewählt werden. Der Untergrundbeitrag von QCD-Multijet-Ereignissen wird mit Hilfe von gemessenen Daten beschrieben. Die verwendete Methode basiert ebenfalls auf Informationen über die Substruktur von Jets. Bayessche Ausschlussgrenzen werden mit Hilfe einer Likelihood-Variable bestimmt, in der zwei zwischen Untergrund und Signal diskriminierende Variablen zusammengefasst werden. Unter der Annahme, dass nur Zerfälle von T' -> tH möglich sind, werden T'-Quarks mit geringeren Massen als 745 GeV mit 95% C.L. ausgeschlossen. Außerdem werden Ergebnisse für alle erlaubten Kombinationen der drei Zerfallsmoden T'-> tH, T' -> tZ und T' -> bW produziert. Eine statistische Kombination der Analyse mit anderen Suchen nach T'-Quarks wird durchgeführt. Hier werden Massenausschlussgrenzen zwischen 697 und 782 GeV für verschiedene Zerfallsmoden gesetzt.
A search for pairs of vector-like T' quarks produced in proton-proton collisions recorded with the CMS experiment at sqrt{s} = 8 TeV is presented. The search is optimized for decays of T' quarks to top quarks and Higgs bosons, where the top quarks and Higgs bosons decay hadronically. The T'-quark mass range between 500 and 1000 GeV is investigated. The top quarks and Higgs bosons produced in decays of the heavy T' quarks acquire large Lorentz boosts. The signatures of these particles in the detector can overlap and are therefore difficult to resolve using classical jet reconstruction methods.
Large-radius jets are reconstructed and subjets formed from their constituents. The decay products of particles with large Lorentz boosts are highly collimated and can all be found within a single one of these large-radius jets. Top jets containing hadronic top-quark decays are identified with a top-tagging algorithm that analyzes the jet substructure. A b-tagging algorithm is applied to the reconstructed subjets in order to find bottom quarks within the jet substructure. In order to identify Higgs bosons with large Lorentz boosts decaying to pairs of bottom quarks, the Higgs-tagging algorithm searches for two b-tagged subjets within a single jet. This is the first application of a top-tagging algorithm in conjunction with subjet b-tagging in an analysis of CMS data. Also, a Higgs-tagging algorithm is used for the first time in a search for new physics.
The main background contributions to this analysis consist of pair-produced top quarks and QCD-multijet events. More than 99% of these events are rejected by the event selection based on the new jet-substructure methods, while 6-8% of the signal events are retained. A description for the QCD-multijet background is obtained from data in a method also using jet-substructure information. Bayesian exclusion limits are derived from a likelihood ratio in which two discriminating variables are combined. T' quarks with masses below 745 GeV are excluded at 95% confidence level for exclusive decays of T' -> tH. Furthermore, results for all combinations of the decay modes T' -> tH, T' -> tZ, and T' -> bW are obtained. A statistical combination with other searches for T' quarks is performed. For different decay modes of the T' quark, the resulting mass limits range from 697 to 782 GeV.