On  the  W+4  jets  background  to  the  top-­‐quark  asymmetry  at  the  Tevatron    

Yoshitaro  Takaesu    KNRC/KIAS,  Korea  

IntroducGon  •  Large  top  forward-­‐backward  asymmetry  (                )  has  been  observed  at  the  Tevatron.  

•  Contribu>ons  of  new  physics,    NNLL  QCD,  EW  correc>ons,  NLO  of            ,  etc.  have  been  discussed,  but  we  do  not  know  the  sa>sfactory  answer  yet.  

• We  focus  on  W+4  jets  background  for  this  anomalous                    in  semi-­‐leptonic  mode.      

9/12/12   2  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

Event  SelecGon    &    

ReconstrucGon  

Event  generaGon  

9/12/12   4  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

matrix-­‐element  level  (MadGraph  5)  

•   PDF:  CTEQ  6L1    •   Factoriza>on  scale  =                              (          )                                                                                                        (20  GeV)  (W+4  jets)  pjet

Tcut

pp̄� tt̄� bW+b̄W� � l�l bb̄jj

� l�l jjjjpp̄�Wjjjj

Event  SelecGon  

9/12/12   5  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

· one lepton (e orµ) (pT > 20 GeV, |�| < 2.0)

· at least four jets (pT > 20 GeV, |�| < 2.5)

· highest pjetT > 40 GeV

· one or two b�tagged jets

miss tag prob. = 8 %

ReconstrucGon  of  top  &  anGtop  

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   6  

Defini>on  of  Forward-­‐Backward  Asymmetry  of  top    

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   7  

�y = yt � yt̄

= qlep(yt,lep � yt,had)

AFB =N(�y > 0)�N(�y < 0)N(�y > 0) + N(�y < 0)

Results  

                   distribuGon  

9/12/12   9  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

) [GeV]tM(t300 400 500 600 700 800 900

Asym

met

ry

-0.05

0

0.05

0.1

0.15tt

W+4j+2jbW+b

[GeV]ttM300 400 500 600 700 800 900

) [fb

/GeV

]t

/ d M

(tσd

-210

-110

1

10tt

W+4j+2jbW+b

                 distribuGon  

9/12/12   10  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   11  

) [GeV]tM(t300 400 500 600 700 800 900

Asym

metry

-0.05

0

0.05

0.1

0.15ttW+4j

W+4j (PS)+2jbW+b

) [fb

/GeV

]t

/ d M

(tmd

-210

-110

1

10 ttW+4jW+4j (PS)

+2jbW+b

                   distribuGon  with  PS  

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

100

200

300

400

500 < 450GeVttM

/ d

y [f

b]

md

50

100

150

200

250

300tt

W+4 jetsW+4j +PSW+3j +PSW+2j +PS

> 450GeVttM

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   12  

                 distribuGon  with  PS  

PS

PS

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

100

200

300

400

500

600W+4 jets < 450GeVttM

/ d

y [

fb]

md

50

100

150

200

250

300 > 450GeVttM

9/12/12   13  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

Neutrino  Rapidity  

Neutrino rapidity has two possibility in this analysis, and this is fixed from the top mass constraint.

Taking right (generated) or wrong rapidity affects on the AFB significantly.

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   14  

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

050

100150200250300350 right or wrong

rightwrong

< 450GeVttM

/ dy

[fb]

md

50

100

150

200

250

300right or wrongrightwrong

> 450GeVttM

W + 4jet

W + 4jet

Neutrino Rapidity: distribution �y

Summary  •  We  inves>gated  W+4  jets  background  on            distribu>ons.  

•  Large                      is  seen  in  W+4  jets  background.  

•  Neutrino  rapidity  may  affect  on  the  FB  asymmetry          in  W+4jets.  

•  Although  this  is  a  naïve  study  and  far  from  real  experiments,  there  would  be  some  hints  in  W+4jets.  

9/12/12   15  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

9/12/12   16  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

Back  up  slides  

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   18  

M(lvb) [GeV]100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 30002468

1012141618

right wrong right wrong

< 450GeVttM100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

/ dM

(lvb)

[fb/

GeV

]σd 2

468

101214

right wrong right wrong

> 450GeVttM

tt̄

W4j

tt̄

W4j

Neutrino  Rapidity:  

distributions of W+4jets are almost the same between right or wrong neutrino rapidity

Mt,lep

Mt,lep distribution

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   19  

(top) [GeV]T

p0 50 100 150 200 250 300 350 400

0123456789

10

ttW+4 jets

< 450GeVttM

(top)

[fb/

GeV]

T /

dpmd

123456789

10

ttW+4 jets

> 450GeVttM

   top              distribuGon  pT

                           distribuGon  

9/12/12   20  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

MadGraph  +  PYTHIA  

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   21  

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

100

200

300

400

500 ttrightwrongW+4jrightwrong

< 450GeVttM

/ dy

[fb]

md

50100150200250300350

ttrightwrongW+4jrightwrong

> 450GeVttM

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   22  

Event  SelecGon  •   #  lepton  (  e  or  mu  )  =  1  (  pT  >  20  GeV,  |eta|<2.0  )  

•   Missing  ET  >  20  GeV  

•   #  jets  >=  4  (  pT  >  20  GeV,  |eta|<2.5  )  

•   delta  Rjl  >  0.4,  delta  Rjj  >  0.4,  delta  Rll  >  0.4      

•   #  b-­‐tagged  jet  =  1  or  2  (  pT  >  20  GeV,  |eta|<2.5)    •   b-­‐tag  efficiency  =  70%  •   miss-­‐b-­‐tag  prob.  =  8  %    

9/12/12   23  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

                 distribuGon  

9/12/12   24  JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu  

y6-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

100

200

300

400

500 ttW+4 jets

< 450GeVttM

/ dy

[fb]

md

50

100

150

200

250

300tt

W+4 jets > 450GeVttM

ReconstrucGon  of  top  &  anGtop  

9/12/12   JPS  Fall  2012:  Yoshitaro  Takaesu   25  

• W+4jets  can  have  large  AFB  at  the  Parton  Shower  level.  

•  However,  AFB  in  W+jets  is  not  observed  in              0  b-­‐tag  sample  (background-­‐enriched).      

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Neutrino rapidity may give a hint for this contradiction.

Why?