大型正负电子对撞机CEPC上关于Z玻色子衰变到底夸克对的相对衰变宽度Rb的测量

The relative partial width, Rb, of Z boson into b quarks is an important electroweak parameter to test the Standard Model and find new physics. The Rb can be measured accurately at The Circular Electron Positron Collider(CEPC) which is really a factory of Z boson. In this project, by using the double-tagging method, the measurement of Rb will be studied on the Z events selected by CEPC final particle reconstruction framework PFA. The b-tagging efficiency and sources of systematic errors are the key factors which affect the statistics of Z events and double-tagging method, so they will be studied emphatically to improve the precision of Rb measurement. The impacts of several physics variables on the correlation in the b-tagging method are also calculated quantitatively, which provides valuable reference for this project and any other studies refer to the b-tagging method.

Z玻色子衰变到b夸克对的相对衰变宽度Rb，是检验标准模型(SM)，发现新物理的重要弱电参数，而计划建设的CEPC作为高统计量的Z玻色子工厂，可实现对Rb的精确测量。本研究将基于CEPC末态粒子重建算法框架PFA，对筛选的Z玻色子衰变事例使用双标定方法测量弱电参数Rb。b夸克喷注标定效率和系统误差来源，是影响Z玻色子衰变事例统计量和双标定测量方法的关键因素，本项目将对其进行重点研究，进一步提高Rb的测量精度。同时，还将对各种物理量在b夸克喷注标定中的关联性进行定量计算，对本项目以及使用b夸克喷注标定的其他研究工作提供有价值的参考。

随着Higgs粒子在大型强子对撞机LHC实验上被宣布发现，对Higgs粒子和W、Z玻色子性质的精确测量研究已经成为未来一段时期粒子物理学的关键组成部分。作为下一代大型正负电子对撞机和大型国际科学计划，环形正负电子对撞机CEPC旨在基于其高统计量和高性能，实现更精确地测量希格斯玻色子、W玻色子和Z玻色子的性质，并探索标准模型之外的新物理。本项目对CEPC上Z玻色子衰变到b夸克对的相对衰变宽度Rb进行测量，从而来验证Zbb顶角理论的准确性并发现新物理，比如stop夸克或者超子的存在与否。研究包括：（1）使用基本的双标定方法，对基于CEPC探测器模拟的蒙特卡洛样本，通过采用闭合性测试，验证了双标定方法可以被正确使用。基于CEPC预期数据统计量，对CEPC上使用双标定方法测量Rb的统计误差进行了估计，所得结果与CEPC预期统计误差一致，很好的表明了统计误差将不再是CEPC上Rb测量的制约因素。进一步估计了系统误差对charm和light夸克喷注的b夸克标定效率的依赖性，以及两个喷注半球之间的b夸克标定相关性，定量的给出了测量系统误差，所得结果与CEPC预期系统误差有很好的一致性，比过往Rb测量实验中的系统误差改善了至少一个数量级。（2）首次在Rb测量中引入了一种模板方法，可以对Rb进行测量的同时测量Z到charm夸克喷注和到轻夸克喷注的相对衰变宽度Rc和Ruds。通过使用模板方法，Rb，Rc和Ruds可以从重建的数据中根据不同味道夸克的蒙卡模板所占分数被拟合出来。通过采用闭合性测试和集成测试手段，对使用模板方法在CEPC上测量Rb，Rc和Ruds的统计误差进行了估计，所得结果与CEPC预期统计误差一致。考虑系统误差直接来自于用于b夸克标定概率计算的输入变量偏差，模板方法中还研究每一种输入变量的定量影响。结果表明，模板法可以为在微分分布水平上研究系统误差的影响提供一种可行的方法。同时，模板方法为夸克味道标定研究提供了有意义的反馈，特别是CEPC的径迹和顶点重建研究。