[論文レビュー] Constraints on Z 0 models from LHC dijet searches

Malcolm Fairbairn, John Heal+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LHC第1期および第2期におけるATLASおよびCMSのダイジェット共鳴状態探索を統合して、一般化されたZ′モデルを制約することを目的としている。特に、Z′がクォークとニュートリノの間の相互作用を媒介するベンチマーク・シナリオに注目している。ダイジェットデータが、パラメータ空間を顕著に制限し、与えられたZ′質量と幅に対して妥当なダークマター質量の範囲を狭めることを示している。

ABSTRACT

We analyse a combination of ATLAS and CMS searches for dijet resonances at run I and run II, presenting the results in a way that can be easily applied to a generic Z 0 model. As an illustrative example, we consider a simple model of a Z 0 coupling to quarks and dark matter. We first study a benchmark case with fixed couplings and then focus on the assumption that the Z 0 is responsible for setting the dark matter relic abundance. Dijet constraints place significant bounds on this scenario, allowing us to narrow down the allowed range of dark matter masses for given Z 0 mass and width.

研究の動機と目的

• LHCからのダイジェット共鳴状態探索を用いて、Z′モデルに対するモデルに依存しない制約を導出すること。
• Z′ボソンがダークマターの残存密度生成の媒介者として成立するかを検討すること。
• 第1期および第2期のダイジェットデータが、クォークおよびダークマターへの結合を持つZ′モデルのパラメータ空間に与える制約を評価すること。
• ダイジェット制約と成功したダークマター残存密度が両立する範囲のダークマター質量を特定すること。

提案手法

• LHC第1期および第2期におけるATLASおよびCMSのダイジェット共鳴状態探索結果を統合する。
• 一般化されたフレームワークを用いて、ダイジェット限界をクォークおよびダークマターへのZ′結合定数への制約に変換する。
• Z′がダークマターの残存密度を決定する役割を果たすという理論的根拠を、パラメータ空間選択の基盤とする。
• ダイジェット共鳴状態探索からのZ′質量および幅の制約を課しつつ、観測されたダークマター密度と整合性を保つようにする。
• まず固定結合を仮定したベンチマーク解析を実施し、その後Z′が残存密度を決定する場合に拡張する。
• ダイジェットデータとダークマターの宇宙論的制約を結びつけるグローバルフィット手法を採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCダイジェット共鳴状態探索から、Z′モデルに対して最も強い制約は何か？
• RQ2 ダイジェットデータは、クォークおよびダークマターに結合するZ′のパラメータ空間をどのように制限するか？
• RQ3 Z′が残存密度を決定する場合、どの範囲のダークマター質量が妥当とされるか？
• RQ4 第1期および第2期における統合されたATLASおよびCMSのダイジェット探索は、許容可能なZ′質量および幅にどのように影響するか？
• RQ5 クォークおよびダークマターへの結合定数が固定されたZ′モデルは、ダイジェットデータと観測されたダークマター密度の両方に整合するか？

主な発見

• LHCにおけるダイジェット共鳴状態探索は、クォークおよびダークマターに結合するZ′モデルに対して強い制約を課す。
• Z′がダークマターの残存密度を決定する場合、統合されたATLASおよびCMSデータにより、許容可能なZ′モデルのパラメータ空間が顕著に狭められる。
• 与えられたZ′質量および幅に対して、ダイジェット制約のおかげで許容可能なダークマター質量の範囲が著しく縮小される。
• 本分析は、ダイジェットデータがZ′媒介型ダークマター状況を制約する上で、直接検出やコライダー探索と同等の有効性を持つことを示している。
• 固定結合を仮定したベンチマークケースでは、Z′質量および幅が、ダイジェット制約と残存密度制約の両方を満たすように慎重に調整される必要がある。
• 本研究の結果は、特にダークマターを含む一般化されたZ′モデルに、ダイジェット制約を適用するための体系的なフレームワークを提供する。