Sebastian Naumann-Emme, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 2011 :

"Simultane Messung von Top-Quark-Masse und Jetenergieskala mittels Template-Fits am CMS-Experiment"


"Simultaneous Measurement of Top Quark Mass and Jet Energy Scale Using Template Fits at the CMS Experiment"



Schlagwörter: LHC, CMS, Top, Quark, Mass, Lepton, Muon, Jets, Energy, Scale, Template, Fit, M3, M2, Thesis
PACS : 14.65.Ha
Volltext

Summary

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden Ereignisse mit Top-Quark-Paaren analysiert, die in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV erzeugt wurden und im Myon+Jets-Kanal tt → (b μ ν) (b q q') zerfallen. Der verwendete Datensatz wurde im Jahr 2010 vom CMS-Detektor aufgezeichnet und entspricht einer integrierten Luminosität von 35.9 pb-1. Insgesamt 78 Ereignisse werden selektiert, die ein isoliertes hoch-energetisches Myon sowie mindestens vier Jets aufweisen, wobei verlangt wird, dass zwei der Jets dem Zerfall eines b-Quarks zugewiesen werden können. Der erwartete Anteil von tt-Ereignissen nach diesen Selektionskriterien ist 94%. Dreijet- und Zweijet-Massen, M3 bzw. M2, werden unter Berücksichtigung der Zuordnung von Jets zu b-Quarks rekonstruiert. M3 und M2 dienen als Schätzer für die Massen von hadronisch zerfallenden Top-Quarks bzw. der zugehörigen W-Bosonen. Zusätzlich wird die Massendifferenz ΔM32 = M3 - M2 in jedem Ereignis als Observable verwendet. Die Formen der erwarteten Verteilungen von M2 und ΔM32 werden als lineare Funktionen der Top-Quark-Masse, mt, sowie der Jetenergieskala (JES) parametrisiert. Dank der präzisen Kenntnis der Masse des W-Boson erlaubt die M2-Verteilung eine Messung der Energieskala von Jets leichter Quarks. Die in den Daten gefundenen Werte von M2 und ΔM32 werden mit den erwarteten Verteilungen verglichen. Eine gemeinsame Maximum-Likelihood-Messung ergibt eine mittlere JES von 1.048±0.040 (stat)±0.015 (syst) relativ zu der simulierten JES für die gewählten Ereignisse sowie mt = 167.8 ± 7.1 (stat+JES) ±3.1 (syst) GeV. Dies ist eine der ersten Messungen von mt am Large Hadron Collider. Darüber hinaus ist das Ergebnis der JES-Messung eine wichtige Information für die Vorbereitung des CMS-Experiments auf die kommenden Messungen mit mehr Daten in der nächsten Zeit.

Titel

Kurzfassung

Summary

In this thesis, pairs of top quarks produced in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV and decaying in the muon+jets channel tt → (b μ ν) (b q q') are analyzed using data that were recorded by the CMS detector in the year 2010 and correspond to an integrated luminosity of 35.9 pb-1. A sample of 78 events is selected by requiring exactly one isolated muon and at least four jets, two of them being identified as jets from the decay of b quarks. Given these selection criteria, the expected fraction of tt events is 94%. The trijet mass, M3, and the dijet mass, M2, are reconstructed, taking into account the b-tagging information. M3 and M2 are estimators of the masses of hadronically decaying top quarks and the corresponding W bosons, respectively. Templates for M2 and for the event-wise mass difference ΔM32 = M3 - M2 are parametrized as linear functions of the top quark mass, mt, and the jet energy scale (JES). Based on the precise knowledge of the W boson mass, M2 provides a strong handle on the energy scale of jets from light quarks. The reconstructed M2 and ΔM32 in data are compared to the template functions from simulation in a combined likelihood fit. The overall JES in the selected sample is found to be 1.048 ± 0.040 (stat) ± 0.015 (syst) relative to the simulated JES and the measured mt is 167.8 ± 7.1 (stat+JES) ± 3.1 (syst) GeV. This is one of the first measurements of mt at the Large Hadron Collider. Furthermore, the JES measurement is an important input for the commissioning of the CMS experiment for the upcoming measurements with more data in the near future.