在LHC上测量CKM矩阵元$|V_{ts}|$的前景

我们研究了在LHC上通过过程$p p \to t\bar{t}X$和$p p \to t/\bar{t} X$产生的顶夸克及其后续衰变$t \to W^+s$和$\bar{t} \to W^- \bar{s}$来测量CKM矩阵元$\vert V_{ts}\vert$的前景。我们坚持对$W^\pm$进行轻子标记，$W^\pm \to \ell^\pm \nu_\ell$ ($\ell =e, \mu, \tau$)，并分析了信号过程$t \to W s$和主要本底衰变$t \to W b$中预期的喷注轮廓。为此，我们分析了$s$夸克和$b$夸克喷注中的$V0$ ($K^0$和$\Lambda$)分布，重点关注这些粒子的能量和横动量分布。来自$t \to W b$分支的$V0$由于弱衰变$b \to c \to s$而具有从相互作用点偏移的衰变顶点，并且$b$夸克喷注富含带电轻子。因此，喷注中次级顶点和高能带电轻子的缺失为顶夸克衰变提供了额外的($b$喷注 vs. $s$喷注)区分能力。这些分布被用于训练提升决策树(BDT)。使用BDT分类器及其变体BDTD（利用去相关变量），我们计算了对应于信号($t \to W s$)和本底($t \to W b$)的BDT(D)响应函数。我们使用蒙特卡洛生成器PYTHIA进行的详细模拟，用于估计在三个代表性LHC能量$\sqrt{s}=7$ TeV、10 TeV和14 TeV下的本底抑制与信号效率。我们认为，在LHC@14 TeV且积分亮度为10 fb$^{-1}$的条件下，可以实现10%的信号($t \to W s$)效率和因子$10^3$的本底($t \to W b$)抑制（由于预期的比值$\vert V_{ts}\vert^2/\vert V_{tb} \vert^2 \simeq 1.6 \times 10^{-3}$所需）。